工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)濕空氣

第

十二章

濕空氣濕空氣是什么意思？——含有“水蒸氣”的空氣，稱為“濕空氣”——完全不含水蒸氣的空氣，稱為“干空氣”

（是否真實(shí)存在？沙漠）一般情況，大氣中水蒸氣的含量小、變化小，可以近似看作為“干空氣”。第一節(jié)

概述濕空氣濕空氣是干空氣與水蒸氣的混合物。濕空氣中水蒸氣往往處于過熱狀態(tài)。此時(shí)，濕空氣中的水蒸氣含量的多少就具有特殊意義了。與濕空氣有關(guān)的常見工業(yè)過程空氣溫度與濕度調(diào)節(jié)過程、物體的干燥過程、冷卻水塔中的水冷卻過程等。分析濕空氣時(shí)的假定：可將氣相混合物視為理想氣體混合物；當(dāng)蒸汽凝結(jié)成液相或固相時(shí)，液相或固相中不包含溶解的空氣；空氣的存在不影響蒸汽與其凝聚相之間的相平衡。未飽和空氣，飽和空氣——未飽和空氣，指所含的水蒸氣處于過熱狀態(tài)；飽和空氣則指其中水蒸氣處于飽和。由理想氣體分壓力定律1801，道爾頓定律濕空氣總壓力干空氣分壓力水蒸氣分壓力如果是環(huán)境大氣，則為大氣壓pb下標(biāo)約定：a——干空氣的參數(shù)v——水蒸氣的參數(shù)s——飽和水蒸氣參數(shù)

無下標(biāo)－含濕空氣（即濕空氣）參數(shù)第二節(jié)濕空氣及其狀態(tài)參數(shù)一、絕對(duì)濕度，飽和空氣絕對(duì)濕度：單位容積(1m3)濕空氣中包含的水蒸氣質(zhì)量(kg)，亦即水蒸氣的密度在一定溫度下：濕空氣中水蒸氣的分壓力愈大，其絕對(duì)濕度愈大；濕空氣中水蒸氣的分壓力不可能超過該溫度下水蒸氣的飽和壓力

水蒸氣達(dá)到飽和時(shí)，濕空氣具有該溫度下的最大絕對(duì)濕度，這時(shí)的空氣稱為飽和空氣。濕空氣未達(dá)到到飽和時(shí)，其其中水蒸氣的的分壓力總小小于飽和壓力力，水蒸氣處處于過熱狀態(tài)，這時(shí)濕空氣為為未飽和空氣。水蒸氣的分壓壓力水蒸氣飽和壓壓力二、相對(duì)濕度濕空氣的絕對(duì)濕度與與同溫度下飽和空氣的分壓力之比——稱為相對(duì)濕度或表示為———的變化范圍為為0～1（0%～100%，對(duì)于飽和空氣氣，其相對(duì)濕濕度為1或100%）相對(duì)濕度愈小，表明什什么？相對(duì)濕度愈小，表示空空氣中水蒸氣氣離飽和狀態(tài)態(tài)越遠(yuǎn)，即越越干燥，此時(shí)時(shí)空氣吸收水水分的能力越越強(qiáng)；反之空空氣愈潮濕，，吸濕能力越越弱?！锔鶕?jù)水蒸氣的的理想氣體狀態(tài)方程程：和濕空氣中水水蒸氣組元的的狀態(tài)方程：：以及理想氣體體摩爾成分xv與分壓力pv的關(guān)系，相對(duì)對(duì)濕度可以表表示為：三、飽和蒸汽汽壓、露點(diǎn)、、絕熱飽和溫溫度未飽和濕空氣達(dá)到飽和和有三種典型型的途徑：1、溫度不變的情況下，水水分向空氣中中蒸發(fā)，蒸汽汽的分壓力增增加，可以達(dá)達(dá)到飽和空氣氣狀態(tài)，如圖中定溫過過程A－C。達(dá)到飽和時(shí)時(shí)，蒸汽分壓壓力就是對(duì)應(yīng)應(yīng)此空氣溫度度的飽和蒸汽壓力力ps。等溫2、保持濕空空氣中蒸汽分壓力不變，降低濕濕空氣溫度，，也可以達(dá)到到飽和，如圖A－B。B點(diǎn)的溫度度為對(duì)應(yīng)于pv的飽和溫度，，稱為露點(diǎn)溫度（簡稱露點(diǎn)），用td表示。生活中的實(shí)例例比比皆是等壓3、在絕熱條件下向濕空氣加加入水分，盡盡其蒸發(fā)，也也可使空氣達(dá)達(dá)到飽和，如圖A－G。G點(diǎn)為絕熱熱飽和狀態(tài)，，相應(yīng)的溫度度為絕熱飽和溫度度，用Tw表示。絕熱四、濕濕空氣氣的含濕量量d定義：：1kg干干空氣氣所攜攜帶的的水蒸蒸氣質(zhì)質(zhì)量，，稱““含濕量量”干空氣氣的摩摩爾質(zhì)質(zhì)量=28.97××103kg/mol水蒸氣氣的摩摩爾質(zhì)質(zhì)量=18.016×103kg/mol由分壓壓力定定律可可知：：理想想氣體體混合合物中中各組組元的的摩爾爾數(shù)之之比，，等于于其分分壓力力之比比四、濕濕空氣氣的含濕量量d定義：：1kg干干空氣氣所攜攜帶的的水蒸蒸氣質(zhì)質(zhì)量，，稱““含濕量量”干空氣氣的摩摩爾質(zhì)質(zhì)量=28.97××103kg/mol水蒸氣氣的摩摩爾質(zhì)質(zhì)量=18.016×103kg/mol由分壓壓力定定律可可知：：理想想氣體體混合合物中中各組組元的的摩爾爾數(shù)之之比，，等于于其分分壓力力之比比五、濕濕空氣氣的焓焓考慮到到濕空空氣中中水蒸蒸氣的的質(zhì)量量常變變，而而干空空氣的的質(zhì)量量相對(duì)對(duì)穩(wěn)定定，所所以濕空氣氣的比比焓是也相相對(duì)于于單位位質(zhì)量量干空空氣而而言的的：經(jīng)驗(yàn)公公式：：第三節(jié)節(jié)相對(duì)濕濕度測(cè)測(cè)定？◆如果濕濕空氣氣未飽飽和，，則濕濕紗布布中的的水分分吸熱熱、汽汽化，，向空空氣擴(kuò)擴(kuò)散，，同時(shí)時(shí)空氣氣也向向濕紗紗布傳傳熱，，達(dá)到到熱平平衡。?！魸窨湛諝獾牡暮瑵駶窳縟越小小，汽汽化越越快，，吸熱熱越多多，濕濕球溫溫度越越低，，干濕濕球溫溫度計(jì)計(jì)的溫溫差越越大。。測(cè)量濕濕空氣氣真實(shí)實(shí)溫度度在溫度度計(jì)讀讀出干干/濕濕球溫溫度計(jì)計(jì)的溫溫差后后，就就可由由表格格查到到對(duì)應(yīng)應(yīng)的相相對(duì)濕濕度值值。第四節(jié)節(jié)濕空氣氣的焓焓-濕圖一、濕濕空氣氣的焓焓-濕圖（（h-d圖）h-d圖由下下列五五種線線群組組成：：＝100%飽飽和和空氣氣曲線線把h-d圖分成成兩部部分，，曲線線以上上為未未飽和和濕空空氣，，曲線線以下下無實(shí)實(shí)際意意義。。濕空氣氣1、等等d線是一一組平平行于于縱坐坐標(biāo)的的直線線群。。2、等等焓焓線（（等h線）等h線是一一組與與橫坐坐標(biāo)軸軸成135°的的直線線群。。等h線亦可可看成成為定定濕球球溫度度線（（tw）濕空氣氣3、等等溫線線（等等t線）可見在在h-d圖上，，定t線的斜率為正，且且隨t增大斜率增大。濕空氣4、等相對(duì)濕度線線（等）定線是一組向上上凸的曲線群。露點(diǎn)td是濕空氣冷卻到＝100%時(shí)的溫溫度。因此含濕量量d相同，狀態(tài)不同的的濕空氣具有相同同的露點(diǎn)。濕空氣5、水蒸氣分壓力力線濕空氣二、h-d圖的應(yīng)用根據(jù)2個(gè)獨(dú)立的濕濕空氣參數(shù)，可在在圖上確定其它剩剩余的濕空氣參數(shù)數(shù)：第五節(jié)濕空氣過程及其應(yīng)應(yīng)用一、等濕度加熱熱（或冷卻）過程程加熱：1－2冷卻：1－2`（（t>td）特征：冷卻至凝結(jié)，t=td（與100%線相相交），出現(xiàn)水滴滴二、絕熱加濕過程程噴水加濕1－2絕熱加濕，增加含含濕量，水分蒸發(fā)發(fā)。因與外界絕熱熱，只能由自身熱熱量供給，故溫度度降低。小而不計(jì)小而不計(jì)二、絕熱加濕過程程噴水加濕1－2絕熱加濕，增加含含濕量，水分蒸發(fā)發(fā)。因與外界絕熱熱，只能由自身熱熱量供給，故溫度度降低。二、絕熱加濕過程程噴蒸汽加濕1－2’噴蒸汽噴水蒸氣加濕，濕濕空氣的焓、含濕濕量、相對(duì)濕度均均增加。三、冷卻去濕過程程濕空氣被冷卻到露露點(diǎn)溫度，空氣為為飽和狀態(tài)，繼續(xù)續(xù)冷卻時(shí)將有水蒸蒸氣凝結(jié)析出，達(dá)達(dá)到對(duì)濕空氣除濕濕的目的，如圖1-A-2四、絕熱混合過程程終態(tài)3在初態(tài)1與與2的連線上五、烘干過程未飽和空氣流經(jīng)濕濕物料，吸收其水水分；為提高吸濕濕能力，需先加熱熱濕空氣。（加熱熱+吸濕），圖書書例六、冷卻塔圖書例利用蒸發(fā)冷卻，將將熱水降溫，獲得得工業(yè)用循環(huán)水。。溫度、濕度與大氣氣壓強(qiáng)物物理學(xué)告訴我我們：“大氣壓的的變化跟天氣有密密切的關(guān)系．一般般地說，晴天的大大氣壓比陰天高，，冬天的大氣壓比比夏天高．”對(duì)這這段敘述可歸結(jié)為為溫度、濕度與大大氣壓強(qiáng)的關(guān)系問問題．我我們通常所稱的的大氣，就是包圍圍在地球周圍的整整個(gè)空氣層．它除除了含有氮?dú)狻⒀跹鯕饧岸趸嫉鹊榷喾N氣體外，還還含有水汽和塵埃埃．我們把含水汽汽很少（即濕度小小）的空氣稱“干干空氣”，而把含含水汽較多（即濕濕度大）的空氣稱稱“濕空氣”．不不要以為“干”的的東西一定比“濕濕”的東西輕．其其實(shí)，干空氣的分分子量是28.966，而水汽的的分子量是18.016，故干空空氣分子要比水汽汽分子重．在相同同狀況下，干空氣氣的密度也比水汽汽的密度大．水汽汽的密度僅為干空空氣密度的62％％左右．應(yīng)當(dāng)說，由于大氣氣處于地球周圍的的一個(gè)開放空間，，而不存在約束其其運(yùn)動(dòng)范圍的具體體疆界，這就使它它跟處于密閉容器器中的氣體不同．．對(duì)一個(gè)盛有空氣氣的密閉容器來說說，只要容器中氣氣體未達(dá)到飽和狀狀態(tài)，那么，當(dāng)我我們向容器中輸入入水汽的時(shí)候，氣氣體的壓強(qiáng)必然會(huì)會(huì)增加．而大氣的的情況則不然．當(dāng)當(dāng)因自然因素或人人為因素使某區(qū)域域中的大氣濕度增增大時(shí)，則該區(qū)域域中的“濕空氣””分子（包括空氣氣分子和水汽分子子）必然要向周圍圍地區(qū)擴(kuò)散．其結(jié)結(jié)果將導(dǎo)致該區(qū)域域大氣中的“干空空氣”含量比周圍圍地區(qū)小，而水汽汽含量又比周圍地地區(qū)大．這猶如在在大豆中摻入棉籽籽時(shí)其混合體密度度要小于大豆密度度一樣，所以該區(qū)區(qū)域的濕空氣密度度也就小于其它地地區(qū)的干空氣密度度．這樣，對(duì)該區(qū)區(qū)域的一個(gè)單位底底面積的氣柱而言言，其重量也就小小于其它干空氣地地區(qū)同樣的氣柱這這也就告訴我們，，大氣壓隨空氣濕濕度的增大而減小小．就陰天與晴天天而言，實(shí)際上也也就是陰天的空氣氣濕度比晴天要大大，因而陰天的大大氣壓也就比晴天天?。椅覀冎?，氣氣體分子的“碰撞撞”是產(chǎn)生氣體壓壓強(qiáng)的根本原因．．因而對(duì)大氣壓隨隨空氣濕度而變化化的問題，我們也也可以由此作出解解釋，根據(jù)氣體分分子運(yùn)動(dòng)的基本理理論，氣體分子的的平均速率：則氣體分子的平均均動(dòng)量（僅考慮其其大?。┯捎纱丝煽梢?，平均質(zhì)量大大的氣體分子，其其平均動(dòng)量也大（（有的文獻(xiàn)①中所所言：“干空氣的的平均速度也大于于濕空氣”，是不不正確的）．而對(duì)對(duì)相同狀況下的干干空氣與濕空氣來來說，由于干空氣氣中的氣體分子密密度及分子的平均均質(zhì)量都比濕空氣氣要大，且干空氣氣分子的平均動(dòng)量量也比濕空氣大，，因而濕度小的干干空氣壓強(qiáng)也就比比濕度大的濕空氣氣大．當(dāng)我們給盛有空氣氣的密閉容器加熱熱的時(shí)候，則其壓壓強(qiáng)當(dāng)然也會(huì)增大大．而對(duì)大氣來說說情況就不同了．．當(dāng)某一區(qū)域的大大氣溫度因某種因因素而升高時(shí)，必必將引起空氣體積積的膨脹，空氣分分子勢(shì)必要向周圍圍地區(qū)擴(kuò)散．溫度度高，氣體分子固固然會(huì)運(yùn)動(dòng)得快些些，這將成為促進(jìn)進(jìn)壓強(qiáng)增大的因素素．但另一方面，，隨著溫度的升高高，氣體分子便向向周圍擴(kuò)散，則該該區(qū)域內(nèi)的氣體分分子數(shù)就要減少，，從而形成一個(gè)促促使壓強(qiáng)減小的因因素．而實(shí)際的情情況乃是上述兩種種對(duì)立因素共同作作用的結(jié)果．至于于這兩種因素中哪哪個(gè)起主要作用，，我們不妨來看一一看大陸及海洋上上氣壓隨氣溫變化化的實(shí)際情況．我我們說，夏季大陸陸上氣溫比海洋上上高，由于大陸上上的空氣向海洋上上擴(kuò)散，而使大陸陸上的氣壓比海洋洋上低；冬季大陸陸氣溫比海洋上低低，由于海洋上空空氣要向大陸上擴(kuò)擴(kuò)散，又使大陸上上氣壓比海洋上高高．而由此可見，，在溫度變化和分分子擴(kuò)散兩個(gè)因素