工程熱力學-濕空氣

工程熱力學講稿第8章濕空氣本章基本要求理解絕對濕度、相對濕度、含濕量、飽和度、濕空氣密度、干球溫度、濕球溫度、露點溫度和角系數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程的計算和分析.8。1濕空氣性質一、濕空氣成分及壓力濕空氣=干空氣+水蒸汽二、飽和空氣與未飽和空氣未飽和空氣=干空氣+過熱水蒸汽飽和空氣=干空氣+飽和水蒸汽注意：由未飽和空氣到飽和空氣的途徑：等壓降溫等溫加壓露點溫度:維持水蒸汽含量不變，冷卻使未飽和濕空氣的溫度降至水蒸汽的飽和狀態(tài)，所對應的溫度。三、濕空氣的分子量及氣體常數結論:濕空氣的氣體常數隨水蒸汽分壓力的提高而增大四、絕對濕度和相對濕度絕對濕度：每立方米濕空氣中所含水蒸汽的質量。相對濕度:濕空氣的絕對濕度與同溫度下飽和空氣的飽和絕對濕度的比值相對濕度反映濕空氣中水蒸氣含量接近飽和的程度。思考：在某溫度t下，值小，表示空氣如何，吸濕能力如何；值大，示空氣如何，吸濕能力如何。相對濕度的范圍：0〈〈1。應用理想氣體狀態(tài)方程，相對濕度又可表示為五、含溫量（比濕度）由于濕空氣中只有干空氣的質量不會隨濕空氣的溫度和濕度而改變.定義：0工程熱力學講稿含濕量或稱比濕度）:在含有1kg干空氣的濕空氣中，所混有的水蒸氣質量稱為濕空氣的）.g/kg（a）六、焓定義：1kg干空氣的焓和0。1dkg水蒸汽的焓的總和代入：g/kg（a）七、濕球溫度用濕紗布包裹溫度計的水銀頭部，由于空氣是未飽和空氣，濕球紗布上的水分將蒸發(fā)，水分蒸發(fā)所需的熱量來自兩部分：降低濕布上水分本身的溫度而放出熱量由于空氣溫度t高于濕紗布表面溫度，通過對流換熱空氣將熱量傳給濕球。當達到熱濕平衡時，濕紗布上水分蒸發(fā)的熱量全部來自空氣的對流換熱,紗布上水分溫度不再降低，此時濕球溫度計的讀數就是濕球溫度濕球加濕過程中的熱平衡關系式：由于濕紗布上水分蒸發(fā)的數量只有幾克，而濕球溫度計的讀數又較低在一般的通風空調工程中可以忽略不計。因此結論:通過濕球的濕空氣在加濕過程中，濕空氣是一個等焓過程8.2濕空氣的焓濕圖一、定焓線與定含濕量線二、定干球溫度線三、定相對濕度線四、水蒸汽分壓力線五、熱濕比濕空氣在熱濕處理過程中，由初態(tài)點1變化到終態(tài)點2。若在過程1—2中，在h-d圖上熱、濕交換過程1-2將是連接初態(tài)點1與終態(tài)點2的一條直線，這一條直線具有一定的斜率，稱為熱濕比。表明：濕空氣在熱、濕交換過程1-2的方向與特點熱濕比&在h-d圖上反映了過程線1—2的傾斜度,也稱角系數。8.3濕空氣的基本熱力過程一、加熱過程工程熱力學講稿是干燥工程中不可缺少的組成過程之一。狀態(tài)參數：kJ/k(a)二、冷卻過程(負值)kJ/kg(a若等含濕量冷卻三、絕熱加濕過程每kg干空氣吸收水蒸汽:g/kg(a)四、定溫加濕過程kJ/k(ga)五、濕空氣的混合混合后的狀態(tài)點：六、濕空氣的蒸發(fā)冷卻過程例1：如果室外空氣的參數為p=1。0133bar,t=30°C,=0。90,現欲經空氣調節(jié)設備供給=20C,=0。60的濕空氣，試用h-d圖分析該空氣調節(jié)過程，并計算析出的水分及各過程中的熱量。解：利用h-d圖分析計算該題所給條件下的空調過程，如圖8.1,根據所給條件t=30C,=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=20C,=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4,查得=26.4kJ/kg(a),=空調過程的分析：定濕冷卻過程：濕空氣的冷卻過程，因其組成成分不變，即含濕量不變，但相對濕度增加，溫度下降，直降到露點。所以，是定濕降溫過程。例如，在h-d圖上自初態(tài)1沿=15。7g/kg(a)的定濕線進行到與=1線的交點3。此時已成飽和空氣，再繼續(xù)冷卻，過程自狀態(tài)3沿飽和線(臨界線(進行，直至與終態(tài)含濕量相等的狀態(tài)4,在這個冷卻去濕階段中，將有水蒸氣凝結成水析出，并放出熱量。1-4過程的放熱量，可用焓差表示，即q==26。4-62.2=—35。8kJ/kg(a)式中負號表示冷卻時濕空氣放出熱量.冷卻去濕過程：每公斤干空氣所析出的水分等于濕空氣含濕量的減少量，即工程熱力學講稿=7。1-15。7=—8。6g/kg（a）式中負號表示濕空氣析出水分.加熱過程：為了達到工程所要求的濕度，常采用降溫去濕，但往往使溫度過低（如4點，為了保證空調后的氣體溫度（本題要求20C）,去濕后，常常需要加熱升溫.是自狀態(tài)4沿定線進行到終點2,溫度升高，含濕量不變，相對濕度下降，這是定濕加熱過程。加熱過程的吸熱量也可以用焓差表示，即=34。1—26。4=7。7kJ/kg（a）例2:已知干濕球濕度計的讀數為：干球溫度t「28C，濕球溫度匕=19。。，當時的大氣壓力為P1=^r,用查濕空氣圖求出的含濕量、露點、相對濕度和焓值。解：查濕空氣的h—d圖，當干球溫度七=28。。、濕球溫度七=19。。時，濕空氣的含濕量為d1=0o0105kg/（kg/kg（a））,露點七=14。6°C,相對溫度=44%,濕空氣的焓h=55（kg/kg（a））。如與計算值相比:由圖上查得的數值誤差不大，可以看出濕空氣圖應用起來簡單方便，很有實用價值.例3:夏天，大氣壓力p=1.0133bar，室外空氣t「34C,「80%。空調裝置向室內供應t「20C,「50%的調節(jié)空氣，空氣供應量mA=50kg/min。如果空調過程，先將空氣冷卻去濕,然后再加熱至要求的狀態(tài)。試計算：（1）每分鐘空氣需要除去的水分；（2）每分鐘冷卻介質應帶走的熱量；（3）加熱器加入的熱量。TOC\o"1-5"\h\z解：按給定參數和過程在h—d圖上查出狀態(tài)點1、2、3的有關參數，根據t、查得d=0.0274kg/（kg干空氣）h=105kJ/（kg干空氣）1111根據t、查得d=0.73kg/（kg干空氣）h=38kJ/（kg干空氣）3333冷卻去濕過程達到的狀態(tài)為d=d=0.73kg/（kg干空氣）的飽和空氣狀態(tài),23照此查得h2=105kg/（kg干空氣）t2=9C（1）空氣中需要除去的水分為2（2）冷卻介質帶走的熱量為其中凝結水的焓為故有（3）加熱器加入的熱量為例4:空氣的溫度t=12C，壓力p=760mmHg，相對濕度=25%,在進入空調房3工程熱力學講稿間前，要求處理到d2=5g/kg干空氣，進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=12C。若是分別按下列三種過程進行：可等干球溫度處理；(2)等相對濕度處理；(3)絕熱加濕處理。求進入房間的空氣相對濕度、溫度、處理每公斤干空由加熱器傳熱的熱量.解：(1)等干球溫度處理過程向空氣中噴入水，使?jié)窨諝獾暮瑵窳吭黾?，但由于水在蒸發(fā)時要吸熱,所以空氣的干球溫度必然要下降(因為將空氣的顯熱變成了汽化潛熱).因此要維持空氣干球溫度不變,在噴霧和加濕的同時，還必須用加熱盤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，則根據穩(wěn)定流動能量方程，由盤管供給空氣的熱量應為：由質量平衡根據t1=12T,1=25%，從h-d圖上查得空氣的初參數分別為：d=2。1g/kg干空氣，h=18.5kJ/kg干空氣，v=0.82m3/kg111空氣處理室出的參數為：d=5g/kg干空氣，t=12°C,=57%,h=18。5kJ/kg干空氣2drv222流入的空氣流量為120m3/min,比容V1=0.82m3/kg.從質量平衡的關系式求得：.??加熱盤管的供熱量為：等相對濕度處理過程由于要求出含濕量d2=5g/kg干空氣，所以根據1=2=25%及d2=5g/kg干空氣，由h—d圖上查得其它各參數分別為：=25.5C,h2=38.1kJ/kg干空氣入空氣量仍為120m3/min.?m=146。03kg/min,m=0。423kg/min,h=50。4kJ/kg2加熱盤管的加熱量為：絕熱加濕過程絕熱加濕過程傳給空氣的熱量為零，所以空氣的焓保持不變，即h=h.由于要12求d=5g/kg/kg(a)從h-d圖上查得其余各參數為：2工程熱力學講稿=5C,2=93%過程中加熱量：Q=0本章難點濕空氣是一種理想混合氣體，遵循理想混合氣體的性質，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到飽和壓力時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：結露和露點：濕空氣在定壓下降溫到與水蒸汽分壓力相對應的飽和溫度時，所出現的冷凝現象稱為結露，其溫度為露點，即水蒸汽分壓力相對應的飽和溫度為露點溫度.飽和濕空氣和未飽和濕空氣：依據其濕空氣中水蒸汽是否達到飽和狀態(tài)，可劃分這兩類濕空氣.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的水銀柱球部時，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，高于露點溫度。思考題有人說，相對溫度表示濕空氣吸收水蒸氣的能力，所以相對濕度相同時在不同溫度下濕空氣的能力是相同的，這種說法是否正確？說明理由。濕空氣的露點能否等于濕球溫度？能否大于濕球溫度？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？為什么說未飽和空氣中的水蒸氣處于過熱狀態(tài)？在高溫下濕空氣中水蒸氣分壓力Pw大于大氣壓力時，相對濕度計算公式=Pw/Ps是否還適用？W用什么方法可使未飽和空氣變?yōu)轱柡涂諝?？如果?0C時的飽和空氣在定壓下加熱到30C，它是否還是飽和空氣？為什么說熱力學濕球溫度是濕空氣的狀態(tài)參數，而濕球溫度計測得的溫度值不是濕空氣的狀態(tài)參數？冬天刮風陰天，氣溫為零上2C,相對濕度為50%，在室外晾曬的濕衣服會出現什么現象？為什么？在冷水塔中能把熱水冷卻到比大氣溫度還低，是否違反熱力學第二定律？作業(yè)：8-28-5、8—8、8-9、8-10、8—11、8—13工程熱力學講稿熱平衡方程解決但需要指定50度熱水加熱后回水溫度是多少？這里假定回水溫度為45度。2方空氣升溫13度需用的熱量計算：空氣比熱cp=1.3kJ/(kg*K)(與初始溫度有關，但粗略計算定為常數)，空氣的密度1。2kg/立方米(與溫度有關，但粗略計算定為常數)，1方=1立方米Q空氣=2立方*1。2kg/立方米*1。3kJ/(kg*K)*13k=3129。36kj水的比熱=4。2kj/kg*K)Q水=乂千克*4。2kj/kg*K)*(50-45)k=21x3219.36kj=21x解得x=153.3kg提醒:此時空氣升溫終了時溫度最高不會超過50度130x1。2x1.3xA=3562x36A=13.66焓值的定義與計算公式空氣中的焓值是指空氣中含有的總熱量，通常以干空氣的單位質量為基準，稱作比焓。工程中簡稱為焓,是指一千克干空氣的焓和與它相對應的水蒸氣的焓的總和。在工程上，我們可以根據一定質量的空氣在處理過程中比焓的變化，來判定空氣是得到熱量還是失去了熱量?？諝獾谋褥试黾颖硎究諝庵械玫綗崃?空氣的比焓減小表示空氣中失去了熱量。在計算氣流經過換熱器的換熱量的時候，氣流一側的換熱量計算通過焓差計算相當簡便：Q=M*(H_out—H_in)Q是換熱量M是氣流質量流量H為氣流比焓值。其實這不只針對氣流，對于氣液兩相的制冷劑流動，也是同樣的計算方法?？諝忪手档亩x及空氣焓值的計算公式空氣的焓值是指空氣所含有的總熱量，通常以干空氣的單位質量為基準。焓用符號i表示,單位是kj/kg干空氣.濕空氣焓值等于1kg干空氣的焓值與dkg水蒸氣焓值之和.濕空氣焓值計算公式化:i=1。01t+(25+1。84t)d=(1。01+1.84d)t+25d(kj/kg干空氣)式中：t一空氣溫度。Cd一空氣的含濕量g/kg干空氣1。01—干空氣的平均定壓比熱kj(kg.K)。184一水蒸氣的平均定壓比熱kj/(kg。K)25—00C時水的汽化潛熱kj/kg由上式可以看出：(1.01+1.84d)是隨溫度變化的熱量，即“顯熱”；而25d則是0C時dkg水的汽化潛熱，它僅隨含濕量而變化，與溫度無關，即是“潛熱”。上式經常用來計算