工程熱力學(xué)第三電子教案第8章

1、第8章 濕空氣81 本章基本要求7382 本章難點(diǎn)7383 例題7384 思考及練習(xí)題7885 自測(cè)題8181 本章基本要求理解絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、含濕量、飽和度、濕空氣密度、干球溫度、濕球溫度、露點(diǎn)溫度和角系數(shù)等概念的定義式及物理意義。熟練使用濕空氣的焓濕圖。掌握濕空氣的基本熱力過(guò)程的計(jì)算和分析。82 本章難點(diǎn)濕空氣是一種理想混合氣體，遵循理想混合氣體的性質(zhì)，但它與一般理想混合氣體又有重要區(qū)別，由于濕空氣中的水蒸汽分壓力達(dá)到飽和壓力時(shí)將引起部分水蒸汽的冷凝，濕空氣中的水蒸汽的含量將隨之改變，因此要注意濕空氣的特殊性質(zhì)：(1) 結(jié)露和露點(diǎn)：濕空氣在定壓下降溫到與水蒸汽分壓力相對(duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)，

2、所出現(xiàn)的冷凝現(xiàn)象稱為結(jié)露，其溫度為露點(diǎn)，即水蒸汽分壓力相對(duì)應(yīng)的飽和溫度為露點(diǎn)溫度。(2) 飽和濕空氣和未飽和濕空氣：依據(jù)其濕空氣中水蒸汽是否達(dá)到飽和狀態(tài)，可劃分這兩類濕空氣。(3) 濕空氣的干球溫度和濕球溫度：濕空氣的溫度稱為干球溫度，用濕紗布包住水銀溫度計(jì)的水銀柱球部時(shí)，緊貼濕球表面的飽和濕空氣溫度稱為濕球溫度。通常濕球溫度低于干球溫度，高于露點(diǎn)溫度。83 例題例1：如果室外空氣的參數(shù)為p=1.0133bar，t=30,=0.90，現(xiàn)欲經(jīng)空氣調(diào)節(jié)設(shè)備供給=20，=0.60的濕空氣，試用h-d圖分析該空氣調(diào)節(jié)過(guò)程，并計(jì)算析出的水分及各過(guò)程中的熱量。解：利用h-d圖分析計(jì)算該題所給條件下的空調(diào)過(guò)

3、程，如圖8.1，根據(jù)所給條件t=30,=0.90，在h-d圖上確定初態(tài)1,并查得=62.2kJ/k(a)，=15.7g/kg(a)同樣,由=20，=0.60在圖上確定終態(tài)2,并查得=34.1kJ/k(a)，=15.7g/kg(a)，由定線與=1線的交點(diǎn)4,查得 =26.4kJ/kg(a), = 空調(diào)過(guò)程的分析：定濕冷卻過(guò)程：濕空氣的冷卻過(guò)程，因其組成成分不變，即含濕量不變,但相對(duì)濕度增加,溫度下降,直降到露點(diǎn)。所以,是定濕降溫過(guò)程。例如,在h-d圖上自初態(tài)1沿=15.7g/kg(a)的定濕線進(jìn)行到與=1線的交點(diǎn)3。此時(shí)已成飽和空氣,再繼續(xù)冷卻，過(guò)程自狀態(tài)3沿飽和線(臨界線)進(jìn)行,直至與終態(tài)含濕

4、量相等的狀態(tài)4,在這個(gè)冷卻去濕階段中,將有水蒸氣凝結(jié)成水析出,并放出熱量。1-4過(guò)程的放熱量，可用焓差表示,即 q=26.4-62.2=-35.8kJ/kg(a)式中負(fù)號(hào)表示冷卻時(shí)濕空氣放出熱量。冷卻去濕過(guò)程：每公斤干空氣所析出的水分等于濕空氣含濕量的減少量,即=7.1-15.7=-8.6g/kg(a)式中負(fù)號(hào)表示濕空氣析出水分。加熱過(guò)程：為了達(dá)到工程所要求的濕度，常采用降溫去濕,但往往使溫度過(guò)低(如4點(diǎn)，為了保證空調(diào)后的氣體溫度(本題要求20)，去濕后，常常需要加熱升溫。如在圖8.1中就是自狀態(tài)4沿定線進(jìn)行到終點(diǎn)2,溫度升高，含濕量不變，相對(duì)濕度下降，這是定濕加熱過(guò)程。加熱過(guò)程的吸熱量也可以

5、用焓差表示,即=34.1-26.4=7.7kJ/kg(a) 圖8.1例2：已知干濕球濕度計(jì)的讀數(shù)為：干球溫度t1=28，濕球溫度t2=19，當(dāng)時(shí)的大氣壓力為p1=1bar，用查濕空氣圖求出的含濕量、露點(diǎn)、相對(duì)濕度和焓值。解：查濕空氣的h-d圖，當(dāng)干球溫度t1=28、濕球溫度t2=19時(shí)，濕空氣的含濕量為d1=0.0105kg/（kg/kg(a)），露點(diǎn)td=14.6，相對(duì)溫度j=44%，濕空氣的焓h=55（kg/kg(a)）。如與計(jì)算值相比，由圖上查得的數(shù)值誤差不大，可以看出濕空氣圖應(yīng)用起來(lái)簡(jiǎn)單方便，很有實(shí)用價(jià)值。圖8.2例3：夏天，大氣壓力p=1.0133bar，室外空氣t1=34，j1=8

6、0%?？照{(diào)裝置向室內(nèi)供應(yīng)t3=20，j3=50%的調(diào)節(jié)空氣，空氣供應(yīng)量mA=50kg/min。如果空調(diào)過(guò)程如圖8.2所示，先將空氣冷卻去濕，然后再加熱至要求的狀態(tài)。試計(jì)算：圖8.2（1）每分鐘空氣需要除去的水分；（2）每分鐘冷卻介質(zhì)應(yīng)帶走的熱量；（3）加熱器加入的熱量。解：按給定參數(shù)和過(guò)程在hd圖上查出狀態(tài)點(diǎn)1、2、3的有關(guān)參數(shù)，根據(jù)t1、j1查得d1=0.0274kg/(kg干空氣)h1=105kJ/(kg干空氣)根據(jù)t3、j3查得d3=0.0073kg/(kg干空氣)h3=38kJ/(kg干空氣)冷卻去濕過(guò)程達(dá)到的狀態(tài)為d2=d3=0.0073kg/(kg干空氣)的飽和空氣狀態(tài)，照此查得h

7、2=105kg/(kg干空氣)t2=9（1）空氣中需要除去的水分為（2）冷卻介質(zhì)帶走的熱量為其中凝結(jié)水的焓為故有 （3）加熱器加入的熱量為圖8.3 空氣的處理過(guò)程例4：空氣的溫度t=12，壓力p=760mmHg，相對(duì)濕度j=25%，在進(jìn)入空調(diào)房間前，要求處理到d2=5g/kg干空氣，進(jìn)入空氣處理室的空氣流量為120m3/min。假定空氣處理室所用的噴霧水的水溫為tw=12。若是分別按下列三種過(guò)程進(jìn)行（圖8.3）：（1）等干球溫度處理；（2）等相對(duì)濕度處理；圖8.3 空氣的處理過(guò)程（3）絕熱加濕處理。求進(jìn)入房間的空氣相對(duì)濕度、溫度、處理每公斤干空氣由加熱器傳熱的熱量。解：（1）等干球溫度處理過(guò)程

8、向空氣中噴入水，使?jié)窨諝獾暮瑵窳吭黾樱捎谒谡舭l(fā)時(shí)要吸熱，所以空氣的干球溫度必然要下降（因?yàn)閷⒖諝獾娘@熱變成了汽化潛熱）。因此要維持空氣干球溫度不變，在噴霧和加濕的同時(shí)，還必須用加熱盤(pán)管向空氣供給足夠的熱量，以維持處理前后空氣的干球溫度不變。若噴入空氣中的水全部被空氣吸收，則根據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程，由盤(pán)管供給空氣的熱量應(yīng)為：由質(zhì)量平衡根據(jù)t1=12，j1=25%，從hd圖上查得空氣的初參數(shù)分別為：d1=2.1g/kg干空氣，h1=18.5kJ/kg干空氣，v1=0.82m3/kg空氣處理室出口的參數(shù)為：d2=5g/kg干空氣，tdrv2=12，j2=57%，h2=18.5kJ/kg干空氣流入

9、的空氣流量為120m3/min，比容v1=0.82m3/kg。從質(zhì)量平衡的關(guān)系式求得：加熱盤(pán)管的供熱量為：（2）等相對(duì)濕度處理過(guò)程由于要求出口含濕量d2=5g/kg干空氣，所以根據(jù)j1=j2=25%及d2=5g/kg干空氣，由h-d圖上查得其它各參數(shù)分別為：=25.5，h2=38.1kJ/kg干空氣入口空氣量仍為120m3/min ma=146.03kg/min，mw=0.423kg/min，h2=50.4kJ/kg加熱盤(pán)管的加熱量為：（3）絕熱加濕過(guò)程絕熱加濕過(guò)程傳給空氣的熱量為零，所以空氣的焓保持不變，即h1=h2。由于要求d2=5g/ kg/kg(a)從h-d圖上查得其余各參數(shù)為：=5，

10、j2=93%過(guò)程中加熱量：Q=0圖8.4 三種處理過(guò)程在H-d上的表示現(xiàn)將三種處理過(guò)程畫(huà)在h-d圖上如圖8.4所示。84 思考及練習(xí)題1有人說(shuō)，相對(duì)溫度表示濕空氣吸收水蒸氣的能力，所以相對(duì)濕度相同時(shí)在不同溫度下濕空氣的能力是相同的，這種說(shuō) 法是否正確？說(shuō)明理由。2濕空氣的露點(diǎn)能否等于濕球溫度？能否大于濕球溫度？3濕空氣和濕蒸氣有什么不同？飽和濕空氣和飽和蒸氣有什么不同？4為什么說(shuō)未飽和空氣中的水蒸氣處于過(guò)熱狀態(tài)？5在高溫下濕空氣中水蒸氣分壓力pw大于大氣壓力時(shí)，相對(duì)濕度計(jì)算公式j(luò)=pw/ps是否還適用？6用什么方法可使未飽和空氣變?yōu)轱柡涂諝?？如果?0時(shí)的飽和空氣在定壓下加熱到30，它是否還是

11、飽和空氣？7為什么說(shuō)熱力學(xué)濕球溫度是濕空氣的狀態(tài)參數(shù)，而濕球溫度計(jì)測(cè)得的溫度值不是濕空氣的狀態(tài)參數(shù)？8冬天刮風(fēng)陰天，氣溫為零上2，相對(duì)濕度為50%，在室外晾曬的濕衣服會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？9在冷水塔中能把熱水冷卻到比大氣溫度還低，是否違反熱力學(xué)第二定律？10有一冷卻水塔，冷卻水量為w=227t/h，進(jìn)口水溫為t1=38，被冷卻至t2=21。進(jìn)入冷卻塔的空氣溫度為ta1=21，相對(duì)濕度j1=50%；排出的空氣ta2=32，相對(duì)濕度j2=100%（圖8.4）。求：（1）空氣的小時(shí)流量；（2）水的小時(shí)蒸發(fā)量。11下列說(shuō)法對(duì)嗎？為什么？（1）j=0時(shí)，空氣中完全沒(méi)有水蒸氣，由此類比，j=100%時(shí)，

12、濕空氣中完全都是水蒸氣。（2）空氣的相對(duì)濕度愈大，含濕量愈高。（3）空氣的相對(duì)濕度不變，溫度愈高，則空氣愈干燥；反之，則愈潮濕。12如果等量的干空氣和濕空氣，降低的溫度相同，二者放出的熱量相等嗎？為什么？13將溫度為=38，相對(duì)溫度=40%的濕空氣進(jìn)行冷卻成=10的飽和空氣，若進(jìn)入減濕器的濕空氣流量為45.4kg/h, 求：(a)析出的凝結(jié)水。(b)傳熱量。大氣壓力B=1bar,可應(yīng)用h-d圖14如果相對(duì)濕度j=0.30、溫度t=8的空氣，在空調(diào)設(shè)備中加熱至30；然后噴霧蒸發(fā)，冷卻至26。試求：（1）加熱量kJ/kg(a)；（2）最后的相對(duì)濕度。大氣壓力為1.0133bar。15為了保證室內(nèi)溫

13、度為20、相對(duì)濕度為0.70，需要通過(guò)空調(diào)設(shè)備，使室內(nèi)外終年交換氣體。若夏季室外氣溫為28、j為0.85；冬季氣溫為0、j為0.55。試分析計(jì)算冬夏兩季空調(diào)過(guò)程中，（1）放熱量和加熱量；（2）析出或加入的水分。16有一空調(diào)房間，工藝要求的空氣狀態(tài)參數(shù)：t=20，j=60%，房間每小時(shí)產(chǎn)生的余熱Q=18840kJ/h，產(chǎn)生的余濕為D=1.5kg/h，允許的送風(fēng)溫差為t=5。試在H-d圖上確定送風(fēng)的狀態(tài)參數(shù)（t、j、d、h）。17欲使一股溫度t1=38，相對(duì)濕度j=80%。流量為28.3m3/min的氣流與另一股溫度t2=13的冷氣流相混合而獲得相對(duì)濕度j=100%、t=20的混合氣流，求冷氣流的

14、相對(duì)濕度j2和流量。18有一房間地板面積為325m2，地板到天花板的高度為2.4m，房間空氣溫度t=24，相對(duì)度j=50%。如空氣壓力為1bar，問(wèn)房間內(nèi)有多少公斤的水蒸汽？19欲將干球溫度=36，相對(duì)濕度j1=60%的室外空氣處理到=21和相對(duì)濕度j2=50%的狀態(tài)。如空氣的壓力為1bar，其處理過(guò)程是將室外空氣先在噴霧室內(nèi)冷卻干燥到所要求的露點(diǎn)狀態(tài)，然后再進(jìn)行加熱。若噴霧水由tw1=3升高至tw2=9；處理的空氣量為17m3/min。試求：（1）噴霧室出口的空氣溫度；（2）從空氣中析出的水量；（3）噴水量。20在冬季為了增加送入房間空氣的相對(duì)濕度，往往采用對(duì)空氣噴飽和蒸汽的辦法?，F(xiàn)有一流量

15、為1018.8m3/h的氣流，在大氣壓為1bar下，其干球濕度=27，相對(duì)濕度j1=40%。若向氣流中每小時(shí)噴入t1=100的飽和蒸汽27kg，試求：噴入蒸汽后，混合氣流的含濕量d2和它的干球溫度。21將壓力p1=1bar，干球溫度=36，濕球溫度=36的濕空氣1700m3，經(jīng)壓縮和冷卻至t2=36，p2=6.3bar。問(wèn)：（1）此時(shí)有多少凝結(jié)水產(chǎn)生？（2）若先將所產(chǎn)生的凝結(jié)水從缸中排出，然后再讓壓縮空氣膨脹至大氣壓力（1bar）和大氣溫度（36），膨脹后空氣的相對(duì)濕度是多少？22將=36、j=70%的濕空氣，與干球溫度=28，濕球溫度=26的濕空氣以1:2的質(zhì)量比例相混合，若當(dāng)?shù)卮髿鈮築=1

16、bar。（1）求混合氣體的溫度和含濕量；（2）若將此混合氣體再經(jīng)盤(pán)管加熱至=25，求對(duì)每公斤干空氣所加入的熱量。23=20，相對(duì)濕度j=45%的再循環(huán)濕空氣與干球溫度=35和濕球溫度=28的室外新鮮空氣相混合。如果循環(huán)空氣和新鮮空氣的容積比為3:1，大氣壓力B=1bar，求混合濕空氣的干球濕度和濕球溫度。24一個(gè)房間墻的內(nèi)表面溫度為t=16，室內(nèi)空氣的干球溫度=21，為了避免墻內(nèi)表面結(jié)露，室內(nèi)允許的空氣最大相對(duì)濕度應(yīng)該是多少？25進(jìn)入干燥器的空氣壓力p=1.013bar，溫度t1=49，相對(duì)濕度j1=10%；離開(kāi)干燥器時(shí)相對(duì)濕度j2=90%；空氣的流量為2270kg/h。求：（1）空氣所帶走的

17、水分；（2）出干燥器時(shí)空氣的溫度。（空氣與干燥器為一系統(tǒng)，與外界絕熱）。26空氣的干球溫度=55，露點(diǎn)溫度=27，壓力p=2bar，在穩(wěn)定流動(dòng)條件下進(jìn)入干燥器，其流量為5000kg/h。離開(kāi)干燥器時(shí)總壓力不變，而干球溫度=40。求每小時(shí)空氣所帶走的濕量。27壓氣機(jī)將室外的潔凈空氣(=0.lMPa, =20，相對(duì)濕度=60%)充入高壓氧艙，最終艙內(nèi)空氣壓力=0.3Mpa , 試確定氧艙內(nèi)空氣的狀態(tài)參數(shù)()?85 自測(cè)題一、是非題1水在大氣中噴淋冷卻，能使其溫度低于大氣溫度（ ）2確定未飽和空氣的狀態(tài)，需三個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)( )3己知濕空氣的溫度t、相對(duì)濕度及水蒸汽分壓力，就可以確定其熱力狀態(tài)（

18、）。4相對(duì)濕度相同的濕空氣，具有相同的吸收水蒸汽的能力( )5陰雨天中,由于空氣中增加了水蒸汽量，所以大氣壓力增大了。( )6飽和濕空氣中的水蒸汽一定是干飽和蒸汽（ ）。7未飽和濕空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度就是露點(diǎn)。( )8濕空氣的相對(duì)濕度越大,其水蒸汽分壓力越大。（ ）9溫球溫度是自然環(huán)境下可能達(dá)到的最低溫度。（ ）10濕空氣的相對(duì)濕度愈大，其含濕量愈大。( )二、選擇題1飽和空氣具有下列關(guān)系_(A) (B) (C) ( D) 2當(dāng)濕空氣與干空氣具有相同的壓力和溫度時(shí)，則_(A)濕空氣的密度干空氣的密度:(C)濕空氣的密度=干空氣的密度(D)兩者大小不能確定3濕空氣的露點(diǎn)是_不變達(dá)到飽和時(shí)溫度(A

19、)比容 （B）焓 (C)溫度 (D)水蒸汽分壓力4濕空氣在大氣壓力及溫度不變的情況下，當(dāng)絕對(duì)濕度越大，則含濕量_(A)越大 (B)越小 (C)不變 D不能確定。5定濕球溫度線_(A)嚴(yán)格地說(shuō)是一條等焓線 (B)是一條角系數(shù)小于等焓線的直線(C)是一條角系數(shù)大于等焓線的直線 (D)是一條近于水平的直線。6未飽和空氣具有下列關(guān)系_。(A) (B) (C) ( D) 7濕空氣處在一定的溫度及壓力下，濕空氣的密度越大，則濕空氣的含濕量_。(A)越大 (B)越小 (C)不變 (D)大小不能確定8確定濕空氣狀態(tài)的一組參數(shù)是_(A)干球溫度和含濕量 (B)干球溫度、含濕量及水蒸汽分壓力(C)干球溫度和相對(duì)濕度 (D)干球溫度、相對(duì)濕度及大氣壓力。三、填空1混合氣體質(zhì)量成分與容積成分的換算關(guān)系為_(kāi)，式中各量分別表示_。2濕空氣焓的計(jì)算式為_(kāi)，單位是_。3總壓力一定時(shí),具有相同含濕量的兩種未飽和空氣,溫度高則相對(duì)