工程熱力學(xué)與傳熱學(xué) -濕空氣

第十二章濕空氣氣濕空氣氣是什什么意意思？？——含含有““水蒸蒸氣””的空空氣，，稱為為“濕濕空氣氣”——完完全不不含水水蒸氣氣的空空氣，，稱為為“干干空氣氣”（是否否真實(shí)實(shí)存在在？沙沙漠））一般情情況，，大氣氣中水水蒸氣氣的含含量小小、變變化小小，可可以近近似看看作為為“干干空氣氣”。。第一節(jié)節(jié)概述述濕空氣氣濕空氣是干空氣氣與水蒸氣氣的混合合物。。濕空空氣中中水蒸蒸氣往往往處處于過過熱狀狀態(tài)。。此時(shí)，濕空空氣中的水水蒸氣含量量的多少就就具有特殊殊意義了。。與濕空氣有有關(guān)的常見見工業(yè)過程程空氣溫度與與濕度調(diào)節(jié)節(jié)過程、物物體的干燥燥過程、冷冷卻水塔中中的水冷卻卻過程等。。分析濕空氣氣時(shí)的假定定：可將氣相混混合物視為為理想氣體體混合物；；當(dāng)蒸汽凝結(jié)結(jié)成液相或或固相時(shí)，，液相或固固相中不包包含溶解的的空氣；空氣的存在在不影響蒸蒸汽與其凝凝聚相之間間的相平衡衡。未飽和空氣氣，飽和空氣——未飽和和空氣，指指所含的水水蒸氣處于于過熱狀態(tài)態(tài)；飽和空空氣則指其其中水蒸氣處于于飽和。由理想氣體體分壓力定定律1801，，道爾頓定定律濕空氣總壓壓力干空氣分壓壓力水蒸氣分壓壓力如果是環(huán)境境大氣，則則為大氣壓壓pb下標(biāo)約定：：a——干空氣的參數(shù)數(shù)v——水蒸氣的參數(shù)數(shù)s——飽和水蒸氣氣參數(shù)無下標(biāo)－含濕空氣氣（即濕空空氣）參數(shù)數(shù)第二節(jié)濕空氣及其其狀態(tài)參數(shù)數(shù)一、絕對(duì)濕度，飽和空氣氣絕對(duì)濕度：?jiǎn)挝蝗莘e(1m3)濕空氣中包包含的水蒸蒸氣質(zhì)量(kg)，亦即水蒸蒸氣的密度度在一定溫度度下：濕空氣中水水蒸氣的分分壓力愈大大，其絕對(duì)對(duì)濕度愈大大；濕空氣中水水蒸氣的分分壓力不可能超過過該溫度下水水蒸氣的飽飽和壓力水蒸氣達(dá)到飽和時(shí)時(shí)，濕空氣具具有該溫度度下的最大大絕對(duì)濕度度，這時(shí)的的空氣稱為為飽和空氣。濕空氣未達(dá)達(dá)到飽和時(shí)時(shí)，其中水水蒸氣的分分壓力總小小于飽和壓壓力，水蒸蒸氣處于過熱狀態(tài)，這時(shí)濕空氣氣為未飽和空氣氣。水蒸氣的分分壓力水蒸氣飽和和壓力二、相對(duì)濕度濕空氣的絕對(duì)濕度度與同溫度下飽和空氣的分壓力之比比——稱為相對(duì)濕度或表示為———的變化范圍圍為0～1（0%～100%，對(duì)于飽和空空氣，其相相對(duì)濕度為為1或100%））相對(duì)濕度愈小，表明明什么？相對(duì)濕度愈小，表示示空氣中水水蒸氣離飽飽和狀態(tài)越越遠(yuǎn)，即越越干燥，此此時(shí)空氣吸吸收水分的的能力越強(qiáng)強(qiáng)；反之空空氣愈潮濕濕，吸濕能能力越弱。?！锔鶕?jù)水蒸氣氣的理想氣體狀態(tài)方方程：和濕空氣中中水蒸氣組組元的狀態(tài)態(tài)方程：以及理想氣氣體摩爾成分xv與分壓力pv的關(guān)系，相相對(duì)濕度可可以表示為為：三、飽和蒸蒸汽壓、露露點(diǎn)、絕熱熱飽和溫度度未飽和濕空氣達(dá)到飽飽和有三種種典型的途途徑：1、溫度不變的情況下，，水分向空空氣中蒸發(fā)發(fā)，蒸汽的的分壓力增增加，可以以達(dá)到飽和和空氣狀態(tài)態(tài)，如圖中定溫溫過程A－－C。達(dá)到飽和和時(shí)，蒸汽汽分壓力就就是對(duì)應(yīng)此此空氣溫度度的飽和蒸汽壓壓力ps。等溫2、保持濕濕空氣中蒸汽分壓力力不變，降低低濕空氣溫溫度，也可可以達(dá)到飽飽和，如圖A－B。B點(diǎn)的溫溫度為對(duì)應(yīng)應(yīng)于pv的飽和溫度度，稱為露點(diǎn)溫度（簡(jiǎn)稱露點(diǎn)），用td表示。生活中的實(shí)實(shí)例比比皆皆是等壓3、在絕熱條件下向濕空氣氣加入水分分，盡其蒸蒸發(fā)，也可可使空氣達(dá)達(dá)到飽和，，如圖A－G。G點(diǎn)為絕絕熱飽和狀狀態(tài)，相應(yīng)應(yīng)的溫度為為絕熱飽和溫溫度，用Tw表示。絕熱四、濕空氣氣的含濕量d定義：1kg干空氣氣所攜帶的的水蒸氣質(zhì)質(zhì)量，稱““含濕量”干空空氣氣的的摩摩爾爾質(zhì)質(zhì)量量=28.97××103kg/mol水蒸蒸氣氣的的摩摩爾爾質(zhì)質(zhì)量量=18.016××103kg/mol由分分壓壓力力定定律律可可知知：：理理想想氣氣體體混混合合物物中中各各組組元元的的摩摩爾爾數(shù)數(shù)之之比比，，等等于于其其分分壓壓力力之之比比四、、濕濕空空氣氣的的含濕濕量量d定義義：：1kg干干空空氣氣所所攜攜帶帶的的水水蒸蒸氣氣質(zhì)質(zhì)量量，，稱稱““含濕濕量量”干空空氣氣的的摩摩爾爾質(zhì)質(zhì)量量=28.97××103kg/mol水蒸蒸氣氣的的摩摩爾爾質(zhì)質(zhì)量量=18.016××103kg/mol由分分壓壓力力定定律律可可知知：：理理想想氣氣體體混混合合物物中中各各組組元元的的摩摩爾爾數(shù)數(shù)之之比比，，等等于于其其分分壓壓力力之之比比五、、濕濕空空氣氣的的焓焓考慮慮到到濕濕空空氣氣中中水水蒸蒸氣氣的的質(zhì)質(zhì)量量常常變變，，而而干干空空氣氣的的質(zhì)質(zhì)量量相相對(duì)對(duì)穩(wěn)穩(wěn)定定，，所所以以濕空空氣氣的的比比焓焓是也也相相對(duì)對(duì)于于單單位位質(zhì)質(zhì)量量干干空空氣氣而而言言的的：：經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)公公式式：：第三三節(jié)節(jié)相對(duì)對(duì)濕濕度度測(cè)測(cè)定定？◆如果果濕濕空空氣氣未未飽飽和和，，則則濕濕紗紗布布中中的的水水分分吸吸熱熱、、汽汽化化，，向向空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散，，同同時(shí)時(shí)空空氣氣也也向向濕濕紗紗布布傳傳熱熱，，達(dá)達(dá)到到熱熱平平衡衡。?！魸駶窨湛諝鈿獾牡暮瑵駶窳苛縟越越小小，，汽汽化化越越快快，，吸吸熱熱越越多多，，濕濕球球溫溫度度越越低低，，干干濕濕球球溫溫度度計(jì)計(jì)的的溫溫差差越越大大。。測(cè)量量濕濕空空氣氣真真實(shí)實(shí)溫溫度度在溫度計(jì)讀出出干/濕球溫溫度計(jì)的溫差差后，就可由由表格查到對(duì)對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕濕度值。第四節(jié)濕空氣的焓-濕圖一、濕空氣的的焓-濕圖（h-d圖）h-d圖由下列五種種線群組成：：＝100%飽和空氣氣曲線把h-d圖分成兩部分分，曲線以上上為未飽和濕濕空氣，曲線線以下無實(shí)際際意義。濕空氣1、等d線是一組平行行于縱坐標(biāo)的的直線群。2、等焓線線（等h線）等h線是一組與橫橫坐標(biāo)軸成135°的直直線群。等h線亦可看成為為定濕球溫度度線（tw）濕空氣3、等溫線（（等t線）可見在h-d圖上，定t線的斜率為正正，且隨t增大斜率增大大。濕空氣4、等相對(duì)濕濕度線（等）定線線是一一組向向上凸凸的曲曲線群群。露點(diǎn)td是濕空空氣冷冷卻到到＝100%時(shí)的的溫度度。因因此含含濕量量d相同，，狀態(tài)態(tài)不同同的濕濕空氣氣具有有相同同的露露點(diǎn)。。濕空氣氣5、水水蒸氣氣分壓壓力線線濕空氣氣二、h-d圖的應(yīng)應(yīng)用根據(jù)2個(gè)獨(dú)獨(dú)立的的濕空空氣參參數(shù)，，可在在圖上上確定定其它它剩余余的濕濕空氣氣參數(shù)數(shù)：第五節(jié)節(jié)濕空氣氣過程程及其其應(yīng)用用一、等等濕濕度加加熱（（或冷冷卻））過程程加熱：：1－－2冷卻：：1－－2`（t>td）特征：：冷卻至至凝結(jié)結(jié)，t=td（與100%線線相交交），，出現(xiàn)現(xiàn)水滴滴二、絕絕熱加加濕過過程噴水加加濕1－2絕熱加加濕，，增加加含濕濕量，，水分分蒸發(fā)發(fā)。因因與外外界絕絕熱，，只能能由自自身熱熱量供供給，，故溫溫度降降低。。小而不不計(jì)小而不不計(jì)二、絕絕熱加加濕過過程噴水加加濕1－2絕熱加加濕，，增加加含濕濕量，，水分分蒸發(fā)發(fā)。因因與外外界絕絕熱，，只能能由自自身熱熱量供供給，，故溫溫度降降低。。二、絕絕熱加加濕過過程噴蒸汽汽加濕濕1－－2’’噴蒸汽汽噴水蒸蒸氣加加濕，，濕空空氣的的焓、、含濕濕量、、相對(duì)對(duì)濕度度均增增加。。三、冷冷卻去去濕過過程濕空氣氣被冷冷卻到到露點(diǎn)點(diǎn)溫度度，空空氣為為飽和和狀態(tài)態(tài)，繼繼續(xù)冷冷卻時(shí)時(shí)將有有水蒸蒸氣凝凝結(jié)析析出，，達(dá)到到對(duì)濕濕空氣氣除濕濕的目目的，，如圖圖1-A-2四、絕絕熱混混合過過程終態(tài)3在初初態(tài)1與2的連連線上上五、烘烘干干過程程未飽和和空氣氣流經(jīng)經(jīng)濕物物料，，吸收收其水水分；；為提提高吸吸濕能能力，，需先先加熱熱濕空空氣。。（加加熱+吸濕濕），，圖書書例六、冷冷卻卻塔圖書例例利用蒸蒸發(fā)冷冷卻，，將熱熱水降降溫，，獲得得工業(yè)業(yè)用循循環(huán)水水。溫度、、濕度度與大大氣壓壓強(qiáng)物物理學(xué)學(xué)告訴訴我們們：““大氣氣壓的的變化化跟天天氣有有密切切的關(guān)關(guān)系．．一般般地說說，晴晴天的的大氣氣壓比比陰天天高，，冬天天的大大氣壓壓比夏夏天高高．””對(duì)這這段敘敘述可可歸結(jié)結(jié)為溫溫度、、濕度度與大大氣壓壓強(qiáng)的的關(guān)系系問題題．我我們們通常常所稱稱的大大氣，，就是是包圍圍在地地球周周圍的的整個(gè)個(gè)空氣氣層．．它除除了含含有氮氮?dú)狻?、氧氣氣及二二氧化化碳等等多種種氣體體外，，還含含有水水汽和和塵埃埃．我我們把把含水水汽很很少（（即濕濕度小?。┑牡目諝鈿夥Q““干空空氣””，而而把含含水汽汽較多多（即即濕度度大））的空空氣稱稱“濕濕空氣氣”．．不要要以為為“干干”的的東西西一定定比““濕””的東東西輕輕．其其實(shí)，，干空空氣的的分子子量是是28.966，而而水汽汽的分分子量量是18.016，，故干干空氣氣分子子要比比水汽汽分子子重．．在相相同狀狀況下下，干干空氣氣的密密度也也比水水汽的的密度度大．．水汽汽的密密度僅僅為干干空氣氣密度度的62％％左右右．應(yīng)當(dāng)說說，由由于大大氣處處于地地球周周圍的的一個(gè)個(gè)開放放空間間，而而不存存在約約束其其運(yùn)動(dòng)動(dòng)范圍圍的具具體疆疆界，，這就就使它它跟處處于密密閉容容器中中的氣氣體不不同．．對(duì)一一個(gè)盛盛有空空氣的的密閉閉容器器來說說，只只要容容器中中氣體體未達(dá)達(dá)到飽飽和狀狀態(tài)，，那么么，當(dāng)當(dāng)我們們向容容器中中輸入入水汽汽的時(shí)時(shí)候，，氣體體的壓壓強(qiáng)必必然會(huì)會(huì)增加加．而而大氣氣的情情況則則不然然．當(dāng)當(dāng)因自自然因因素或或人為為因素素使某某區(qū)域域中的的大氣氣濕度度增大大時(shí)，，則該該區(qū)域域中的的“濕濕空氣氣”分分子（（包括括空氣氣分子子和水水汽分分子））必然然要向向周圍圍地區(qū)區(qū)擴(kuò)散散．其其結(jié)果果將導(dǎo)導(dǎo)致該該區(qū)域域大氣氣中的的“干干空氣氣”含含量比比周圍圍地區(qū)區(qū)小，，而水水汽含含量又又比周周圍地地區(qū)大大．這這猶如如在大大豆中中摻入入棉籽籽時(shí)其其混合合體密密度要要小于于大豆豆密度度一樣樣，所所以該該區(qū)域域的濕濕空氣氣密度度也就就小于于其它它地區(qū)區(qū)的干干空氣氣密度度．這這樣，，對(duì)該該區(qū)域域的一一個(gè)單單位底底面積積的氣氣柱而而言，，其重重量也也就小小于其其它干干空氣氣地區(qū)區(qū)同樣樣的氣氣柱這這也就就告訴訴我們們，大大氣壓壓隨空空氣濕濕度的的增大大而減減?。完庩幪炫c與晴天天而言言，實(shí)實(shí)際上上也就就是陰陰天的的空氣氣濕度度比晴晴天要要大，，因而而陰天天的大大氣壓壓也就就比晴晴天小?。椅覀冎溃?，氣體體分子子的““碰撞撞”是是產(chǎn)生生氣體體壓強(qiáng)強(qiáng)的根根本原原因．．因而而對(duì)大大氣壓壓隨空空氣濕濕度而而變化化的問問題，，我們們也可可以由由此作作出解解釋，，根據(jù)據(jù)氣體體分子子運(yùn)動(dòng)動(dòng)的基基本理理論，，氣體體分子子的平平均速速率：：則氣體體分子子的平平均動(dòng)動(dòng)量（（僅考考慮其其大小?。┯捎纱丝煽梢?，，平均均質(zhì)量量大的的氣體體分子子，其其平均均動(dòng)量量也大大（有有的文文獻(xiàn)①①中所所言：：“干干空氣氣的平平均速速度也也大于于濕空空氣””，是是不正正確的的）．．而對(duì)對(duì)相同同狀況況下的的干空空氣與與濕空空氣來來說，，由于于干空空氣中中的氣氣體分分子密密度及及分子子的平平均質(zhì)質(zhì)量都都比濕濕空氣氣要大大，且且干空空氣分分子的的平均均動(dòng)量量也比比濕空空氣大大，因因而濕濕度小小的干干空氣氣壓強(qiáng)強(qiáng)也就就比濕濕度大大的濕濕空氣氣大．．當(dāng)我們們給盛盛有空空氣的的密閉閉容器器加熱熱的時(shí)時(shí)候，，則其其壓強(qiáng)強(qiáng)當(dāng)然然也會(huì)會(huì)增大大．而而對(duì)大大氣來來說情情況就就不同同了．．當(dāng)某某一區(qū)區(qū)域的的大氣氣溫度度因某某種因因素而而升高高時(shí)，，必將將引起起空氣氣體積積的膨膨脹，，空氣氣分子子勢(shì)必必要向向周圍圍地區(qū)區(qū)擴(kuò)散散．溫溫度高高，氣氣體分分子固固然會(huì)會(huì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)得快快些，，這將將成為為促進(jìn)進(jìn)壓強(qiáng)強(qiáng)增大大的因因素．．但另另一方方面，，隨著著溫度度的升升高，，氣體體分子子便向向周圍圍擴(kuò)散散，則則該區(qū)區(qū)域內(nèi)內(nèi)的氣氣體分分子數(shù)數(shù)就要要減少少，從從而形形成一一個(gè)促促使壓壓強(qiáng)減減小的的因素素．而而實(shí)際際的情情況乃乃是上上述兩兩種對(duì)對(duì)立因因素共共同作作用的的結(jié)果果．至至于這這兩種種因素素中哪哪個(gè)起起主要要作用用，我我們不不妨來來看一一看大大陸及及海洋洋上氣氣壓隨隨氣溫溫變化化的實(shí)實(shí)際情情況．．我們們說，，夏季季大陸陸上氣氣溫比比海洋洋上高高，由由于大大陸上上的空空氣向向海洋洋上擴(kuò)擴(kuò)散，，而使使大陸陸上的的氣壓壓比海海洋上上低；；冬季季大陸陸氣溫溫比海海洋上上低，，由于于海洋洋上空空氣要要向大大陸上上擴(kuò)散散，又又使大大陸上上氣壓壓比海海洋上上高．．而由由此可可見，，在溫溫度變變