濕空氣的性質(zhì)與濕度圖

1、8.2.1 濕空氣的性質(zhì),8.2.2 空氣的濕度圖及其應(yīng)用,8.2 濕空氣的性質(zhì)與濕度圖,8.1.1濕空氣的性質(zhì),濕空氣：含有濕分的空氣。,基準(zhǔn)：干燥過程中，絕干空氣的質(zhì)量不變。,干燥計算以單位質(zhì)量絕干空氣為基準(zhǔn)。,表征空氣中所含水分的大小通常用兩個參數(shù)：,相對濕度φ,,濕度H,一、濕度（濕含量）H,定義：濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與絕干空氣 質(zhì)量之比。,濕空氣是由水蒸汽和絕干空氣構(gòu)成。,P 濕空

2、氣的總壓（kN/m2），即P干空氣 與P水之和。干燥過程中系統(tǒng)總壓基本上恒定不變。,系統(tǒng)總壓 P ：,（8-1）,（8-2）,（8-3）,1、定義式,（8-4）,na——濕空氣中干空氣的千摩爾數(shù)，kmol；,nv——濕空氣中水蒸汽的千摩爾數(shù)，kmol。,式中：,Ma——干空氣的摩爾質(zhì)量，kg/kmol；,Mv——水蒸氣的摩爾質(zhì)量，kg/kmol；,2、以分壓比表示,式中：,pv——水蒸汽分壓，N/m2,P——濕空氣總壓，N/m2,（8-

3、5）,當(dāng)濕空氣可視為理想氣體時，則有：,pv——空氣中水蒸汽分壓力；,式中：,（8-5）,pg——干空氣分壓力；,即：,當(dāng)P為一定值時，,（8-6）,（8-8）,（8-7）,濕度H與總壓力P及水汽分壓力pv有關(guān)。 pv增大或P減小，則H增大。,3、飽和濕度Hs：,式中：,ps——同溫度下水蒸汽的飽和蒸汽壓，N/m2,注：由于水的飽和蒸汽壓只與溫度有關(guān)，故飽和 濕度是濕空氣總壓和溫度的函數(shù)。,當(dāng)濕空氣中水蒸汽分壓 pv 恰

4、好等于同溫度下水蒸汽的飽和蒸汽壓 ps時，則表明濕空氣達到飽和，此時的濕度H為飽和濕度Hs。,（8-9）,二、相對濕度?,1、定義式：,,（8-10）,定義：,在一定溫度及總壓下，濕空氣的水汽分壓pv與同溫度下水的飽和蒸汽壓ps之比的百分數(shù)。,（8-11）,即：,2、意義：,相對濕度表明了濕空氣的不飽和程度，反映濕空氣吸收水汽的能力。,當(dāng)φ=1（或100%）， pv = ps：,表示空氣已被水蒸汽飽和，不能再吸收水汽，已無干燥能力。不可

5、作為干燥介質(zhì)；,φ愈小，即Pv與Ps差距愈大，表示濕空氣偏離飽和程度愈遠，干燥能力愈大。,濕空氣未達飽和，能夠再吸收水汽，可作為干燥介質(zhì)。,當(dāng) φ <1時，pv< ps：,3、H、φ、t 之間的函數(shù)關(guān)系：,（8-13）,（8-12）,可見，對水蒸汽分壓相同，而溫度不同的濕空氣，若溫度愈高，則Ps值愈大，φ值愈小，干燥能力愈大。,濕度 H 只能表示出水汽含量的絕對值，而相對濕度卻能反映出濕空氣吸收水汽的能力。,三、濕比熱cH：

6、,在常壓下，將1kg干空氣和其所帶的Hkg水蒸氣的溫度升高1℃所需的熱量。簡稱濕熱。,（8-14）,定義：,Cv——水蒸汽比熱, 其值約為1.88 kJ/kg干空氣·℃,式中：,Cg——干空氣比熱，其值約為1.01 kJ/kg干空氣·℃,四、焓I：,濕空氣的焓為單位質(zhì)量干空氣的焓和其所帶Hkg水蒸汽的焓之和。,計算基準(zhǔn)：0℃時干空氣與液態(tài)水的焓等于零。,,（8-15）,I——溫度為t、濕度為H的濕空氣的焓值。

7、 [kJ/kg 干氣]；,Ig——干空氣的焓值。 [kJ/kg干氣]；,Iv——水汽的焓值。 [kJ/kg水汽]；,式中：,r0——0℃時水的汽化潛熱，其值為2492kJ/kg。,因此，對于溫度為t、濕度為H 的濕空氣，其焓值包括由0℃的水變?yōu)?℃水汽所需的潛熱及濕空氣由0℃生溫至t℃所需的顯熱之和。,討論：,1×t×cg ：t℃絕干空氣的焓；,Hr0+cHt：0℃水變成0℃汽再變成t℃汽的焓；,濕空氣的焓值

8、只與濕空氣的濕度及溫度有關(guān)。,即：,五、濕空氣比容VH,定義：每單位質(zhì)量絕干空氣與所具有的HKg濕空氣 （絕干空氣和水蒸汽）的總體積。,（8-16）,式中：,VH——壓力P 、溫度t下濕空氣比容。 [m3濕氣/kg干氣],其中：,（8-17）,Vg——壓力P 、溫度t下干空氣比容。 [m3干氣/kg干氣],Vw——壓力P 、溫度t下水汽比容。 [m3水/kg水],（8-18）,（8-1

9、9）,所以：,當(dāng)總壓力P為一定值時，,濕比容隨其溫度和濕度的增加而增大。,另外：濕空氣密度,（8-20）,（8-21）,六、露點 td,濕度H與露點 td 的關(guān)系：,式中：,1、定義：一定壓力下，將不飽和空氣等濕降溫至 飽和，出現(xiàn)第一滴露珠時的溫度。,（8-22）,Hs——為露點td時水的飽和濕度；,Pd——為露點td時水的飽和蒸汽壓, 也就是該 空氣在初始狀態(tài)下的水蒸汽分壓pv ，

10、 pv = pd,2、計算td：,計算得到Pd ，查其相對應(yīng)的飽和溫度，即為該濕含量H和總壓P時的露點td。,（8-23）,3、同樣地，由露點td和總壓P可確定濕含量H。,（8-24）,七、干球溫度t,定義：在空氣流中放置一支普通溫度計，所測得 空氣的溫度為t，相對于濕球溫度而言，此 溫度稱為空氣的干球溫度。,八、濕球溫度 tw,溫度計的感溫球用紗布包裹，紗布

11、用水保持濕潤，這支溫度計為濕球溫度計。,1、濕球溫度計：,濕球溫度計在空氣中所達到的平衡或穩(wěn)定的溫度，以tw表示。,2、濕球溫度：,不飽和空氣的濕球溫度 tw低于干球溫度 t 。,,圖8-3 干濕球溫度計,水分汽化所需潛熱，首先取自濕紗布的顯熱，使其表面降溫，于是在濕紗布表面與氣流之間又形成了溫度差，這一溫度差將引起空氣向濕紗布傳遞熱量。,3、過程分析：,當(dāng)不飽和空氣流過濕球表面時，由于濕紗布表面的飽和蒸汽壓大于空氣中的水蒸汽分壓，在

12、濕紗布表面和氣體之間存在著濕度差，這一濕度差使?jié)窦啿急砻娴乃制粴饬鲙ё撸?空氣以對流方式傳給水的熱量速率 =水分汽化所需的熱量,,當(dāng)單位時間由空氣向濕紗布傳遞的熱量恰好等于單位時間自濕紗布表面汽化水分所需的熱量時，濕紗布表面就達到一穩(wěn)態(tài)溫度，即濕球溫度。,4、計算式：,當(dāng)濕球溫度計上溫度達到穩(wěn)定時，空氣向棉布表面的傳熱速率為：,（8-25）,氣膜中水汽向空氣的傳遞速率為 ：,在穩(wěn)定狀態(tài)下，傳熱速率與傳質(zhì)速率之間關(guān)系為

13、 ：,（8-28）,（8-27）,（8-26）,—— 濕球溫度 tw 定義式,（8-29）,Hw——濕空氣在溫度為tw下的飽和濕度， kg水/kg干氣；,式中：,H——空氣的濕度，kg水/kg干氣；,rw——濕球溫度tw下水的汽化熱，kJ/kg；,kH——以濕度差為推動力的對流傳質(zhì)系數(shù)， kg/（m2s△H)；,α——空氣至濕紗布的對流傳熱系數(shù)，W/m2 ?℃；,,圖8-4 濕球溫度計

14、工作原理,5、影響濕球溫度tw的三方面因素：,1）物系性質(zhì)：與α 、 kH有關(guān)的物性；,2）空氣狀態(tài)：t、H；,3）流動條件： α/kH ；,6、實驗表明：,當(dāng)流速足夠大時，熱、質(zhì)傳遞均以對流為主，且kH及α都與空氣速度的0.8次冪成正比，比值α/kH近似為一常數(shù)（對水蒸汽與空氣的系統(tǒng)，α/kH=0.96～1.005）。此時，濕球溫度tw為濕空氣溫度t和濕度H的函數(shù)。,（8-30）,當(dāng)溫度t和濕度H一定時，濕球溫度tw為定值。,7、討論

15、：,1）在測量濕球溫度時，空氣速度一般需大于 5m/s，使對流傳熱起主要作用，相應(yīng)減少熱 輻射和傳導(dǎo)的影響，使測量較為精確。,2）在實際生產(chǎn)中，常常利用干、濕球溫度計來 測量空氣的濕度。,3）tw ＜t，H增加， tw 接近t ；當(dāng)φ=1時， tw =t 。,4）通過測定tw 和t，可測定氣體濕度H；,5）表面充分潤濕的物料與濕空氣接觸時，物料 表面溫度為濕球溫度tw,,九、絕熱飽和溫度t

16、as,1、定義：絕熱飽和過程中，氣、液兩相最終達 到的平衡溫度稱為絕熱飽和溫度。,2、絕熱飽和過程：,不飽和空氣在與外界絕熱的條件下和大量的液體接觸，若時間足夠長，使傳熱、傳質(zhì)趨于平衡，則最終空氣被液體蒸汽所飽和，空氣與液體溫度相等，此過程稱為絕熱飽和過程。,,3、絕熱飽和過程說明：,,8.5,圖8.5表示了在一絕熱良好的增濕塔中，濕度H和溫度t的不飽和空氣由塔底引入，水由塔底經(jīng)循環(huán)泵送往塔頂，噴淋而下；

17、與空氣成逆流接觸，然后回到塔底再循環(huán)使用。,在該過程中，水量很大，達到穩(wěn)定后，全塔的水溫相同，設(shè)為tas。,氣液在逆流接觸中，由于空氣處于不飽和狀態(tài)，水分則不斷汽化進入空氣。,,此時，空氣已被水分所飽和，液體不再汽化，氣體的溫度也不再降低，達到入口氣體在絕熱增濕過程的極限溫度，其值與水溫tas相同，即為該空氣的絕熱飽和溫度。,又由于系統(tǒng)與外界無熱量交換，水分汽化所需汽化潛熱只能取自空氣的顯熱，于是氣體沿塔上升時，不斷地冷卻和增濕，若塔足

18、夠高，使得氣、液有充足的接觸時間，氣體到塔頂后將與液體趨于平衡，達到過程的極限。,由于循環(huán)水不斷汽化至空氣中，所以須向塔內(nèi)補充一部分溫度為tas的水。,此時氣體的濕度為tas下的飽和濕度Has。,塔內(nèi)底部的濕度差和溫度差最大，頂部為零。,除非進口氣體是飽和濕空氣，否則，絕熱飽和溫度總是低于氣體進口溫度，即tas＜t。,以單位質(zhì)量的干空氣為基準(zhǔn)，在穩(wěn)態(tài)下對全塔作熱量衡算，氣體放出的顯熱=液體汽化的潛熱，即：,4、計算式：,或,（8-31）

19、,（8-32）,ras ——tas溫度下水的汽化潛熱，kJ/kg水；,cH ——濕空氣的比熱， kJ/kg干氣? ℃,Has——空氣的絕熱飽和濕度，kg水/kg干氣；,式中：,上式表明，空氣的絕熱飽和溫度tas是空氣濕度H和溫度t的函數(shù)，是濕空氣的狀態(tài)參數(shù)，也是濕空氣的性質(zhì)。,當(dāng)t、tas已知時，可用上式來確定空氣的濕度H。,在絕熱條件下，空氣放出的顯熱全部變?yōu)樗制臐摕岱祷乜諝庵?，對?kg空氣來說，水分汽化的量等于其濕度差（Ha

20、s－H），由于這些水分汽化時，除潛熱外，還將溫度為tas的顯熱也帶至氣體中。,絕熱飽和過程又可當(dāng)作等焓過程處理。,所以，絕熱飽和過程終了時，氣體的焓比原來增加了4.187tas（Has－H）。,但此值和空氣的焓相比很小，可忽略不計，故絕熱飽和過程又可當(dāng)作等過焓程處理。,5、特別說明：,6、濕球溫度 tw 與絕熱飽和溫度 tas 的關(guān)系：,（i）濕球溫度和絕熱飽和溫度都不是濕氣體本身的溫度，但都和濕氣體的溫度t和濕度H有關(guān)，且都表達了氣體

21、入口狀態(tài)已確定時與之接觸的液體溫度的變化極限。,1）相同點：,（ii）對于空氣和水的系統(tǒng)，兩者在數(shù)值上近似相等。,可以看出 ，當(dāng),,時，,比較式：,對空氣和水的系統(tǒng), α/KH=0.96～1.005，濕含量H不大的情況下（一般干燥過程H＜0.01），CH=1.01+1.88H=1.01～1.03。,由此可知，對于空氣和水的系統(tǒng)，濕球溫度可視為等于絕熱飽和溫度。,但對其它物系， α/KH=1.5～2，與cH相差很大；,例如對空氣和甲苯系統(tǒng)

22、α/KH= 1.8 cH ，此時，濕球溫度高于絕熱飽和溫度。,如果濕物料足夠潤濕，則其表面溫度也就是濕空氣的絕熱飽和溫度tas，亦即濕球溫度tw，而濕球溫度是很容易測定的，因此濕空氣在等焓過程中的其它參數(shù)的確定就比較容易了。,因為在絕熱條件下，用濕空氣干燥濕物料的過程中，氣體溫度的變化是趨向于絕熱飽和溫度tas的。,（ii）tas是大量水與空氣接觸，最終達到兩相平 衡時的溫度，過程中氣體的溫度和濕度都

23、 是變化的；tw是少量的水與大量的連續(xù)氣 流接觸，傳熱傳質(zhì)達到穩(wěn)態(tài)時的溫度，過 程中氣體的溫度和濕度是不變的。,2）不同點：,（i）tas是由熱平衡得出的，是空氣的熱力學(xué)性 質(zhì)；tw則取決于氣、液兩相間的動力學(xué)因 素——傳遞速率。,（iii）絕熱飽和過程中，氣、液間的傳遞推動 力由大變小、最終趨近于零；測量濕球 溫

24、度時，穩(wěn)定后的氣、液間的傳遞推動 力不變。,以上介紹了表示濕空氣的四種溫度：,干球溫度t；,濕球溫度tw；,絕熱飽和溫度tas；,露點td。,,不飽和濕空氣：t > tw=（tas）>td,比較之有：,飽和濕空氣：t = tw=（tas）= td,,8.2.2 空氣的濕度圖及其應(yīng)用,溫度——濕度圖（簡稱：溫濕圖）,為了便于計算，將空氣各種性質(zhì)標(biāo)繪在濕度圖中。,濕度圖的形式有兩種：,焓——濕度圖（簡稱：

25、焓濕圖）,,一般常用的濕度圖都是針對一定的總壓而繪制的。,如圖8-6所示為在總壓P=101.3kN/m2下繪制的溫度——濕度圖（低溫部分）。,8-6,用公式計算濕空氣的性質(zhì)比較繁瑣，有時還要用到試差（如計算tw）。,本章主要研究的圖是焓——濕度圖。,另外，空氣的狀態(tài)變化過程在圖中表示亦比較形象直觀。,若將濕空氣的各種性質(zhì)繪成圖，利用圖查取濕空氣的有關(guān)參數(shù)，則比較簡便。,,在總壓p一定時，上述濕空氣的各個參數(shù)（t、pv、H、φ、I、tw等

26、）中，只有兩個參數(shù)是獨立的，即規(guī)定兩個互相獨立的參數(shù)，濕空氣的狀態(tài)即被唯一地確定。,工程上為方便起見，將諸參數(shù)之間的關(guān)系在平面坐標(biāo)上繪制成濕度圖。,一、焓濕圖,空氣濕度圖的繪制：,I-H圖是以總壓p=101.33×105kPa為前提畫出的，p偏離較大時此圖不適用。,縱坐標(biāo)為I（kJ/kg絕干氣）；,橫坐標(biāo)為H（kg水汽/kg絕干空氣）；,注意：,兩坐標(biāo)的交角為135°（不是90°）！,,是將橫軸上的濕度值H

27、投影到輔助坐標(biāo)上的，便于讀圖，而真正的橫坐標(biāo)H在圖中并沒有完全畫出。,水平軸（輔助坐標(biāo)）的作用：,使圖中各種曲線群不至于擁擠在一起，從而提高讀圖的準(zhǔn)確度。,目的：,（1）等H線（等濕度線）,等H線為一系列平行于縱軸的直線。,注意：,① 同一等H線上不同點，H值相同，但濕空氣的狀態(tài)不同（在一定p下必須有兩個獨立參數(shù)才能唯一確定空氣的狀態(tài)）；,②根據(jù)露點td的定義，H相同的濕空氣具有相等的td，因此在同一條等H線上濕空氣的td是不變的，換句

28、話說H、 td不是彼此獨立的參數(shù)。,,（2）等I線（等焓線）,①同一等I線上不同點，I值相同，但濕空氣狀態(tài)不同；,等I線為一系列平行于橫軸（不是水平輔助軸）的直線。,注意：,②前已述及濕空氣的絕熱增濕過程近似為等I過程，因此等I線也就是絕熱增濕過程線，在同一等I線上，H↑則t↓或H ↓則t ↑，但I不變。,,改寫為:,當(dāng)t一定時， I-H為直線。,t↑，斜率↑，因此各等t線不是平行的直線。,（3）等t線（等溫線）,各直線的斜率為：,（8

29、-32）,,（4）等φ線（等相對濕度線）,,P固定，當(dāng)φ一定時，,假設(shè)一個t，求出ps，可算出一個相應(yīng)的H ，將若干個（t，H）點連接起來，即為一條等φ線。,,注意：,①當(dāng)H一定時，t↑， φ ↓，吸收水汽能力↑。,所以，濕空氣進入干燥器之前須先經(jīng)過預(yù)熱，以提高其溫度和焓值，有利于載熱外，同時也是為了降低相對濕度而有利于載濕；,② φ=100%的線稱為飽和曲線，線上各點空氣為水蒸氣所飽和；,此線下方為過飽和區(qū)域，空氣中含霧狀水滴，不能用

30、于干燥物料；,此線上方為未飽和區(qū)（φ＜1），在這個區(qū)域的空氣可以作為干燥介質(zhì)；,,③ I-H圖是以總壓p=101.33×103kPa為前提繪制的；,H=常數(shù)，等φ線（圖中φ=5%與φ=10%兩條線）垂直向上為直線與等H線重合。,當(dāng)φ一定，t≥99.7℃時：,,（5）pv線(水蒸汽分壓線),,pv線標(biāo)于φ=100%線的下方，表示pv與H之間的關(guān)系。,得：,,由：,,二、濕度圖的應(yīng)用,I—H圖中的任意一點A代表一個確定的空氣狀態(tài)，

31、其t、 tw 、H、φ、I等均為定值。已知濕度空氣的兩個獨立參數(shù)，即可確定一個空氣的狀態(tài)A，其他參數(shù)可由I—H圖查得。,t—H、 t—tw 、 t—td、 t—φ、是相互獨立的兩個參數(shù)，可確定唯一的空氣狀態(tài)點A；,td—H、 pv—H、 td—pv（都在同一條等溫線上）， tw—I（在同一條等I線上），不是彼此獨立的參數(shù)，不能確定空氣的狀態(tài)點A。,2）已知濕空氣某兩個可確定狀態(tài)的獨立變量，求 該濕空氣的其他參數(shù)和性質(zhì),1）由測出的

32、參數(shù)確定濕空氣的狀態(tài),a）水與空氣系統(tǒng)，已知空氣的干球溫度t和濕球 溫度tw，確定該空氣的狀態(tài)點A(t，H)。,b）水與空氣系統(tǒng)中，已知t和td，求原始狀態(tài)點 A(t，H)。,c）水與空氣系統(tǒng)中，已知t和φ，求原始狀態(tài)點 A的位置。,,,,A,A,圖8-8 在H-I圖中確定濕空氣的狀態(tài)點,,,,A,圖8-9 在H-I圖中確定濕空氣的狀態(tài)點,例：已知濕空氣的干球溫度t=30℃，相對濕度φ=0.6，求濕空氣的