工程热力学例题与习题第8章湿空气8.1本章基本要求理解绝对湿度、相对湿度、含湿量、饱和度、湿空气密度、干球温度、湿球温度、露点温度和角系数等概念的定义式及物理意义。熟练使用湿空气的恰湿图。掌握湿空气的基本热力过程的计算和分析8.2本章难点湿空气是一种理想混合气体，遵循理想混合气体的性质，但它与一般理想混合气体又有重要区别，由于湿空气中的水蒸汽分压力达到饱和压力时将引起部分水蒸汽的冷凝，湿空气中的水蒸汽的含量将随之改变，因此要注意湿空气的特殊性质：（1）结露和露点：湿空气在定压下降温到与水蒸汽分压力相对应的饱和温度时，所出现的冷凝现象称为结露，其温度为露点，即水蒸汽分压力相对应的饱和温度为露点温度。（2）饱和湿空气和未饱和湿空气：依据其湿空气中水蒸汽是否达到饱和状态，可划分这两类湿空气。（3）湿空气的干球温度和湿球温度：湿空气的温度称为干球温度，用湿纱布包住水银温度计的水银柱球部时，紧贴湿球表面的饱和湿空气温度称为湿球温度。通常湿球温度低于干球温度，高于露点温度。8.3例题例1：如果室外空气的参数为p=1.0133bar，t=30℃，Φ=0.90，现欲经空气调节设备供给t,=20℃，Φ,=0.60的湿空气，试用h-d图分析该空气调节过程，并计算析出的水分及各过程中的热量。72
工程热力学例题与习题 72 第 8 章 湿 空 气 8．1 本章基本要求 理解绝对湿度、相对湿度、含湿量、饱和度、湿空气密度、干球温度、 湿球温度、露点温度和角系数等概念的定义式及物理意义。 熟练使用湿空气的焓湿图。 掌握湿空气的基本热力过程的计算和分析。 8．2 本章难点 湿空气是一种理想混合气体，遵循理想混合气体的性质，但它与一般 理想混合气体又有重要区别，由于湿空气中的水蒸汽分压力达到饱和压力 时将引起部分水蒸汽的冷凝，湿空气中的水蒸汽的含量将随之改变，因此 要注意湿空气的特殊性质： (1) 结露和露点：湿空气在定压下降温到与水蒸汽分压力相对应的饱 和温度时，所出现的冷凝现象称为结露，其温度为露点，即水蒸汽分压力 相对应的饱和温度为露点温度。 (2) 饱和湿空气和未饱和湿空气：依据其湿空气中水蒸汽是否达到饱 和状态，可划分这两类湿空气。 (3) 湿空气的干球温度和湿球温度：湿空气的温度称为干球温度，用 湿纱布包住水银温度计的水银柱球部时，紧贴湿球表面的饱和湿空气温度 称为湿球温度。通常湿球温度低于干球温度，高于露点温度。 8．3 例题 例 1：如果室外空气的参数为 p=1.0133bar，t=30℃, =0.90，现欲经 空气调节设备供给 2 t =20℃， 2 =0.60 的湿空气，试用 h-d 图分析该空气调 节过程，并计算析出的水分及各过程中的热量
工程热力学例题与习题解：利用h-d图分析计算该题所给条件下的空调过程，如图8.1，根据所给条件t=30℃，Φ=0.90，在h-d图上确定初态1，并查得h,=62.2kJ/k（a），d,=15.7g/kg（a）同样，由t，=20℃，Φ=0.60在图上确定终态2，并查得h=34.1kJ/k(a)，d,=15.7g/kg(a)，由定d,线与Φ=l线的交点4,查得h=26.4kJ/kg(a)，d,=d空调过程的分析：定湿冷却过程：湿空气的冷却过程，因其组成成分不变，即含湿量不变，但相对湿度增加，温度下降，直降到露点。所以，是定湿降温过程。例如，在h-d图上自初态1沿d,=15.7g/kg(a)的定湿线进行到与Φ=1线的交点3。此时已成饱和空气，再继续冷却，过程自状态3沿饱和线（临界线）进行，直至与终态含湿量相等的状态4，在这个冷却去湿阶段中，将有水蒸气凝结成水析出，并放出热量。1-4过程的放热量，可用恰差表示，即q=h-h,=26.4-62.2=-35.8kJ/kg(a)式中负号表示冷却时湿空气放出热量。冷却去湿过程：每公斤干空气所析出的水分等于湿空气含湿量的减少量,即Nd =d, -d,=7.1-15.7=-8.6g/kg(a)式中负号表示湿空气析出水分。加热过程：为了达到工程所要求的湿度，常采用降温去湿，但往往使温度过低（如4点t=8.8°C，为了保证空调后的气体温度（本题要求20℃），去湿后，常常需要加热升温。如在图8.1中就是自状态4沿定d，线进行到终点2，温度升高，含湿量不变，相对湿度下降，这是定湿加热过程。加热过程的吸热量也可以用恰差表示，即q=h,-h,=34.1-26.4=7.7kJ/kg(a)73
工程热力学例题与习题 73 解：利用 h-d 图分析计算该题所给条件下的空调过程，如图 8.1，根 据所给条件 t=30℃, =0.90， 在 h-d 图上确定初态 1,并查得 1 h =62.2kJ/k(a)， 1 d =15.7g/kg(a) 同样,由 2 t =20℃， 2 =0.60 在图上确定终态 2,并查得 2 h =34.1kJ/k(a)， 2 d =15.7g/kg(a)，由定 2 d 线与 =1 线的交点 4, 查得 4 h =26.4kJ/kg(a), 2 d = 4 d 空调过程的分析： 定湿冷却过程：湿空气的冷却过程，因其组成成分不变，即含湿量不 变,但相对湿度增加,温度下降,直降到露点。所以,是定湿降温过程。例如, 在 h-d 图上自初态1 沿 1 d =15.7g/kg(a)的定湿线进行到与 =1 线的交点 3。 此时已成饱和空气,再继续冷却，过程自状态 3 沿饱和线(临界线)进行,直 至与终态含湿量相等的状态 4,在这个冷却去湿阶段中,将有水蒸气凝结成 水析出,并放出热量。1-4 过程的放热量，可用焓差表示,即 q= h4 − h1 =26.4-62.2=-35.8kJ/kg(a) 式中负号表示冷却时湿空气放出热量。 冷却去湿过程：每公斤干空气所析出的水分等于湿空气含湿量的减少 量,即 d = d4 − d1 =7.1-15.7=-8.6g/kg(a) 式中负号表示湿空气析出水分。 加热过程：为了达到工程所要求的湿度，常采用降温去湿,但往往使温 度过低(如 4 点 t C 0 = 8.8 ，为了保证空调后的气体温度(本题要求 20℃)， 去湿后，常常需要加热升温。如在图 8.1 中就是自状态 4 沿定 4 d 线进行到 终点 2,温度升高，含湿量不变，相对湿度下降，这是定湿加热过程。加热 过程的吸热量也可以用焓差表示,即 q = h2 − h4 =34.1-26.4=7.7kJ/kg(a)
工程热力学例题与习题冷却加热析出水分冷却液d,d图8.1例2：已知干湿球湿度计的读数为：干球温度t=28℃，湿球温度t=19℃，当时的大气压力为p=1bar，用查湿空气图求出的含湿量、露点、相对湿度和烩值。解：查湿空气的h-d图，当干球温度t=28℃、湿球温度t2=19℃时，湿空气的含湿量为d=0.0105kg/（kg/kg（a）），露点t=14.6℃，相对温度=44%，湿空气的恰l=55（kg/kg（a））。如与计算值相比，由图上查得的数值误差不大，可以看出湿空气图应用起来简单方便，很有实用价值。例3：夏天，大气压力p=1.0133bar，室外0空气t=34℃，0=80%。空调装置向室内供应Φ=100%t3=20℃，03=50%的调节空气，空气供应量m=50kg/min。如果空调过程如图8.2所示，先将空气冷却去湿，然后再加热至要求的状态。试计算：t3t（1）每分钟空气需要除去的水分：图8.2（2）每分钟冷却介质应带走的热量；（3）加热器加入的热量。解：按给定参数和过程在h一d图上查出状态根据ti、の查得d=0.0274kg/(kg干空气）h=105kJ/(kg干空气)根据t3、查得74
工程热力学例题与习题 74 图 8.1 例 2：已知干湿球湿度计的读数为：干球温度 t1=28℃，湿球温度 t2=19 ℃，当时的大气压力为 p1=1bar，用查湿空气图求出的含湿量、露点、相对 湿度和焓值。 解：查湿空气的 h-d 图，当干球温度 t1=28℃、湿球温度 t2=19℃时， 湿空气的含湿量为 d1=0.0105kg/（kg/kg(a)），露点 td=14.6℃，相对温度 =44%，湿空气的焓 h=55（kg/kg(a)）。如与计算值相比，由图上查得的 数值误差不大，可以看出湿空气图应用起来简单方便，很有实用价值。 例 3：夏天，大气压力 p=1.0133bar，室外 空气 t1=34℃，1=80%。空调装置向室内供应 t3=20℃，3=50%的调 节空 气， 空气 供应量 mA=50kg/min。如果空调过程如图 8.2 所示，先 将空气冷却去湿，然后再加热至要求的状态。 试计算： （1）每分钟空气需要除去的水分； （2）每分钟冷却介质应带走的热量； （3）加热器加入的热量。 解：按给定参数和过程在 h—d 图上查出状态点 1、2、3 的有关参数， 根据 t1、1查得 d1=0.0274kg/(kg 干空气) h1=105kJ/(kg 干空气) 根据 t3、3查得 t d 1 2 3 t h1 1 h3 t3 φ=100% 图 8.2
工程热力学例题与习题d=0.0073kg/（kg于空气）hs=38kJ/（kg干空气）冷却去湿过程达到的状态为d=d=0.0073kg/(kg干空气)的饱和空气状态，照此查得hz=105kg/（kg干空气）t=9℃（1）空气中需要除去的水分为m=m.(d-d,)=50x(0.0274-0.0073)=1.005kg/min（2）冷却介质带走的热量为O12 =ma(h -h,)-m,hm其中凝结水的为hw=Cpwt2=4.186×9=37.64kJ/kgOz=50×(105-27)-1.005×37.67故有=386.2kJ/min（3）加热器加入的热量为Q23=m.(h,-h,)=50x(38-27)=500kg/min例4：空气的温度t=12℃，压力P=760mmHg，相对湿度=25%，在进入空调房间前，要求处理到d=5g/kg干空气，进入空气处理室的空气流量为120m2/min。假定空气处理室所用的喷雾水的水温为t=12℃。若是分别按下列三种过程进行（图8.3）：（1）等干球温度处理；1加热器（2）等相对湿度处理：（3）绝热加湿处理。求进空气入房间的空气相对湿度、温度、处理每公斤干空气由加热器传二喷雾水图8.3空气的处理过程
工程热力学例题与习题 75 d3=0.0073kg/(kg 干空气) h3=38kJ/(kg 干空气) 冷却去湿过程达到的状态为 d2=d3=0.0073kg/(kg 干空气)的饱和空气 状态，照此查得 h2=105kg/(kg 干空气) t2=9℃ （1）空气中需要除去的水分为 1.005kg/ min ( ) 50 (0.0274 0.0073) 1 2 = m w = m a d − d = − （2）冷却介质带走的热量为 Q ma h h mwhw = ( − ) − 12 1 2 其中凝结水的焓为 hw = Cpwt 2 = 4.1869 = 37.64kJ/kg 故有 386.2kJ/ min 12 50 (105 27) 1.005 37.67 = Q = − − （3）加热器加入的热量为 500kg / min ( ) 50 (38 27) 23 3 2 = Q = m a h − h = − 例 4：空气的温度 t=12℃，压力 p=760mmHg，相对湿度 =25%，在进入 空调房间前，要求处理到 d2=5g/kg 干空气，进入空气处理室的空气流量为 120m 3 /min。假定空气处理室所用的喷雾水的水温为 tw=12℃。若是分别按 下列三种过程进行（图 8.3）： （1）等干球温度处理； （2）等相对湿度处理； （3）绝热加湿处理。求进 入房间的空气相对湿度、温度、 处理每公斤干空气由加热器传 空气 加热器 喷雾水 图 8.3 空气的处理过程
工程热力学例题与习题热的热量。解：（1）等干球温度处理过程向空气中喷入水，使湿空气的含湿量增加，但由于水在蒸发时要吸热，所以空气的干球温度必然要下降（因为将空气的显热变成了汽化潜热）。因此要维持空气干球温度不变，在喷雾和加湿的同时，还必须用加热盘管向空气供给足够的热量，以维持处理前后空气的干球温度不变若喷入空气中的水全部被空气吸收，则根据稳定流动能量方程，由盘管供给空气的热量应为：Q=m.(hz-h)-mh由质量平衡m,=m.(d,-d)根据t=12℃，0=25%，从h一d图上查得空气的初参数分别为：d=2.1g/kg干空气，h=18.5kJ/kg干空气，Vi=0.82m/kg空气处理室出口的参数为：d=5g/kg干空气，tar2=12℃，P2=57%，hz=18.5kJ/kg干空气流入的空气流量为120m/min，比容v=0.82m/kg。120=ma+m.d,=m.(1+0.0021)0.82146.344=146.03kg/minm.1.0021从质量平衡的关系式求得：5-2.1=0.423kg/minm=146.031000.加热盘管的供热量为：=146.03(25-18.5)-0.423x50.40=927.876kJ/min（2）等相对湿度处理过程76
工程热力学例题与习题 76 热的热量。 解：（1）等干球温度处理过程 向空气中喷入水，使湿空气的含湿量增加，但由于水在蒸发时要吸热， 所以空气的干球温度必然要下降（因为将空气的显热变成了汽化潜热）。 因此要维持空气干球温度不变，在喷雾和加湿的同时，还必须用加热盘管 向空气供给足够的热量，以维持处理前后空气的干球温度不变。 若喷入空气中的水全部被空气吸收，则根据稳定流动能量方程，由盘 管供给空气的热量应为： Q = ma h − h − mwhw ( ) 2 1 由质量平衡 ( ) mw = ma d2 − d1 根据 t1=12℃，1=25%，从 h－d 图上查得空气的初参数分别为： d1=2.1g/kg 干空气，h1=18.5kJ/kg 干空气， v1=0.82m3 /kg 空气处理室出口的参数为： d2=5g/kg 干空气，tdrv2=12℃，2=57%， h2=18.5kJ/kg 干空气 流入的空气流量为 120m3 /min，比容 v1=0.82m3 /kg。 ∴ (1 0.0021) 0.82 120 = ma + ma d1 = ma + 146.03kg / min 1.0021 146.34 ma = = 从质量平衡的关系式求得： 0.423kg / min 1000 5 2.1 146.03 = − mw = ∴加热盘管的供热量为： 927.876kJ/ min 146.03(25 18.5) 0.423 50.4 = Q = − − （2）等相对湿度处理过程