引言 第一章湿空气的物理性质及其焓湿图 参考资料: [薛殿华主编,空气调节,清华大学出版社,2000年3月 [2]清华大学暖通教研组,空气调节基础,中国建筑工业出版社,1991年7月 3]郑爱平编著,空气调节工程,科学出版社,2002年8月 4]沈维道等合编,工程热力学,高等教育出版社,1994年 阿5]章熙民等编,传热学(第二版),中国建筑工业出版社,1984年7月 阿6连之伟等主编,热质交换原理与设备,中国建筑工业出版社,20年9月 空气调节( Air conditioning ●空气调节的任务:采用技术手段,创造和满足一定要求的空气环境。 ●一定要求的空气环境:一般是指在某一特定空间内对其 空气温度—通过加温、降温,调节空气的温度 空气湿度—通过加湿或减湿,调节空气的湿度 空气清洁度—通过净化处理,使空气具有一定的洁净程度 空气流动速度——使空气具有一定的流动速度 (简称“四度”)进行调节,达到并保持满足人体舒适和工艺过程的要求。 ●更髙要求的空气环境:除上述之外,有时还需对空气的压力、成分、气味和噪声等进行调节和 控制。 关于工程热力学的几个基本概念: 理想气体与实际气体 理想气体——是一种实际上不存在的气体。就是假定该气体分子是些弹性的、不占据空间的质 点,分子相互之间没有作用力。 实际气体—一理想气体实质上是实际气体在压力趋近于零(P→0),比容趋近于无穷大(U→ 时的极限状态。 2.湿空气与干空气
1 引 言 第一章 湿空气的物理性质及其焓湿图 参考资料: [1] 薛殿华 主编，空气调节，清华大学出版社，2000年 3月 [2] 清华大学暖通教研组，空气调节基础，中国建筑工业出版社，1991年 7月 [3] 郑爱平 编著，空气调节工程，科学出版社，2002年 8月 [4] 沈维道等 合编，工程热力学，高等教育出版社，1994年 [5] 章熙民等 编，传热学（第二版），中国建筑工业出版社，1984年 7月 [6] 连之伟等 主编，热质交换原理与设备，中国建筑工业出版社，2001年 9月 空气调节（Air Conditioning） ●空气调节的任务：采用技术手段，创造和满足一定要求的空气环境。 ●一定要求的空气环境：一般是指在某一特定空间内对其 空气温度——通过加温、降温，调节空气的温度 空气湿度——通过加湿或减湿，调节空气的湿度 空气清洁度——通过净化处理，使空气具有一定的洁净程度 空气流动速度——使空气具有一定的流动速度 （简称“四度”）进行调节，达到并保持满足人体舒适和工艺过程的要求。 ●更高要求的空气环境：除上述之外，有时还需对空气的压力、成分、气味和噪声等进行调节和 控制。 关于工程热力学的几个基本概念： 1．理想气体与实际气体 理想气体——是一种实际上不存在的气体。就是假定该气体分子是些弹性的、不占据空间的质 点，分子相互之间没有作用力。 实际气体——理想气体实质上是实际气体在压力趋近于零（P→0），比容趋近于无穷大（υ→ ∞）时的极限状态。 2．湿空气与干空气
湿空气——是指含有水蒸汽的空气,它是干空气和水蒸汽的混合物。存在于大气中的水蒸汽, 由于其分压力通常很小,并大都处于过热状态,比热容很大,因此湿空气可按理想 气体处理。 干空气—干空气是指完全不含有水蒸汽的空气。在热力学中,常温常压下(空调属于此范 畴)的干空气可认为是理想气体 3.绝热过程 是状态变化的任何一段微元过程中工质与外界都不发生热量交换的过程,即过程中每一瞬间都 有 dFo 整个过程与外界交换的热量当然亦为零 q=0 关于传热学的几个基本概念: 质交换 传质是在一个多组分的系统中进行的。物质的分子总是处在不规则的热运动中,在有物质组成 的二元混合物中,如果存在浓度差,由于分子的随机性,物质的分子会从浓度高处向浓度低处 迁移,这种迁移称为浓度扩散或简称扩散,并通过扩散产生质交换。 2.产生质交换的动力 浓度差是产生质交换的动力, 温度差是传热的动力, 压力差导致压力扩散 在没有浓度差的二元体系(即均匀混合物)中,如果各处存在温度差或总压力差,就会产生热 扩散或压力扩散,扩散的结果会导致浓度变化并引起浓度扩散。 3.质交换的两种基本方式 分子扩散—在静止的流体或垂直于浓度梯度方向作层流运动的流体以及固体中的扩散是由微 观分子运动所引起的,即为,它的机理类似于导热 紊流扩散—在流体中由于紊流脉动(对流运动)引起的物质传递,即为,它比分子扩散传质 要强烈得多。 4.质交换的分析方法 质交换、热交换及动量交换三者在机理上是类似的,所以在分析质量交换的方法上也和热量交 换及动量交换具有相同之处 第一节湿空气的物理性质
2 湿空气——是指含有水蒸汽的空气，它是干空气和水蒸汽的混合物。存在于大气中的水蒸汽， 由于其分压力通常很小，并大都处于过热状态，比热容很大，因此湿空气可按理想 气体处理。 干空气——干空气是指完全不含有水蒸汽的空气。在热力学中，常温常压下（空调属于此范 畴）的干空气可认为是理想气体。 3．绝热过程 是状态变化的任何一段微元过程中工质与外界都不发生热量交换的过程，即过程中每一瞬间都 有 dq=0 整个过程与外界交换的热量当然亦为零 q=0 关于传热学的几个基本概念： 1．质交换 传质是在一个多组分的系统中进行的。物质的分子总是处在不规则的热运动中，在有物质组成 的二元混合物中，如果存在浓度差，由于分子的随机性，物质的分子会从浓度高处向浓度低处 迁移，这种迁移称为浓度扩散或简称扩散，并通过扩散产生质交换。 2．产生质交换的动力 浓度差是产生质交换的动力， 温度差是传热的动力， 压力差导致压力扩散。 在没有浓度差的二元体系（即均匀混合物）中，如果各处存在温度差或总压力差，就会产生热 扩散或压力扩散，扩散的结果会导致浓度变化并引起浓度扩散。 3．质交换的两种基本方式 分子扩散——在静止的流体或垂直于浓度梯度方向作层流运动的流体以及固体中的扩散是由微 观分子运动所引起的，即为，它的机理类似于导热。 紊流扩散——在流体中由于紊流脉动（对流运动）引起的物质传递，即为，它比分子扩散传质 要强烈得多。 4．质交换的分析方法 质交换、热交换及动量交换三者在机理上是类似的，所以在分析质量交换的方法上也和热量交 换及动量交换具有相同之处。 第一节 湿空气的物理性质
1.湿空气的物理性质 湿空气由干空气和水蒸汽组成,遵循理想气体的变化规律 2.湿空气的状态参数 主要状态参数—(大气压力B,温度t相对湿度φ,含湿量d焓〗 (1)压力P—大气压力B,B=Pg+PqPa) 水蒸汽分压力Pq 饱和水蒸汽分压力Pb 干空气的分压力P 要点: ◆水蒸汽分压力的大小直接反映了水蒸气的含量的多少 在一定温度下,空气中的水蒸汽含量越多,空气就越潮湿,水蒸汽分压力也越大 湿空气中的水蒸汽含量达到最大限度时,多余的水蒸汽就会凝结成水从空气中析出: ◆饱和水蒸汽分压力Pb是温度的单值函数,也即Pφb值仅取决于温度,温度越高, Pq,b值越大。 (2)温度T 绝对温标T(K) 摄氏温标t(℃) 华氏温标t(下F) (3)湿空气的密度p 湿空气的密度等于干空气的密度与水蒸汽的密度之和,即 p=pgt pq= pg/RgT+ Pg/Rqr =0.003484BT-0.00134Py/T(kgm 要点 ◆湿空气的密度取决于P值的大小,它随水蒸汽分压力P的升高而降低。由于P值 相对于Bg值而言数值较小,湿空气比干空气轻 ◆空气越潮湿,水蒸汽含量越大,则空气密度越小,大气压力B也越低。阴雨天气大气 压力B比晴天低 ◆温度t越高,则空气密度越小,大气压力B也越低。同一地区夏天比冬天大气压力B (4)湿度—含湿量d,在湿空气中与kg干空气同时并存的水蒸汽量 d=0.622Pq/(B-Pg (kg/kg F) 622P/(BP)(gkg干 饱和含湿量db空气中水蒸汽量已达到最大限度,不再有吸湿能力,即不能再接
3 1．湿空气的物理性质 湿空气由干空气和水蒸汽组成，遵循理想气体的变化规律。 2．湿空气的状态参数 主要状态参数——{大气压力 B，温度 t，相对湿度Φ，含湿量 d，焓 i} （1）压力 P ——大气压力 B，B = Pg + Pq (Pa) 水蒸汽分压力Pq 饱和水蒸汽分压力 Pq,b 干空气的分压力 Pg 要点： ◆水蒸汽分压力的大小直接反映了水蒸气的含量的多少； ◆在一定温度下，空气中的水蒸汽含量越多，空气就越潮湿，水蒸汽分压力也越大； ◆湿空气中的水蒸汽含量达到最大限度时，多余的水蒸汽就会凝结成水从空气中析出； ◆饱和水蒸汽分压力 Pq,b 是温度的单值函数，也即 Pq,b 值仅取决于温度，温度越高， Pq,b值越大。 （2）温度 T 绝对温标 T （K） 摄氏温标 t （℃） 华氏温标 t （℉） （3）湿空气的密度 ρ 湿空气的密度等于干空气的密度与水蒸汽的密度之和，即 ρ=ρg+ρq = Pg/RgT + Pq/RqT = 0.003484 B/T - 0.00134Pq/T (kg/m3 ) 要点： ◆湿空气的密度取决于 Pq 值的大小，它随水蒸汽分压力 Pq 的升高而降低。由于 Pq 值 相对于 Pg 值而言数值较小，湿空气比干空气轻； ◆空气越潮湿，水蒸汽含量越大，则空气密度越小，大气压力 B也越低。阴雨天气大气 压力 B 比晴天低； ◆温度 t越高，则空气密度越小，大气压力 B 也越低。同一地区夏天比冬天大气压力 B 低。 （4）湿度——含湿量 d，在湿空气中与 1kg干空气同时并存的水蒸汽量。 d =0.622Pq / (B-Pq) (kg/kg干) = 622Pq / (B-Pq) (g/kg干) 饱和含湿量 d b，空气中水蒸汽量已达到最大限度，不再有吸湿能力，即不能再接
纳水汽。 相对湿度φ,空气中水蒸汽分压力Pq和同温度下饱和水蒸汽分压力Pb之比 a Pg/Pg x 100% 要点: ◆当大气压力B一定时,水蒸汽分压力P只取决于含湿量d含湿量d随水蒸汽分压 力Pq的升高增大,反之亦然 ◆当含湿量d一定时,水蒸汽分压力P随大气压力B的增加而上升,反之亦然。 ◆含湿量d能确切反映空气中含的水蒸汽量的多少,但不能反映空气的吸湿能力,不能 表示湿空气接近饱和的程度 ◆相对湿度φ能反映湿空气中水蒸汽含量接近饱和的程度,但不能表示水蒸汽的含量。 ◆Φ值小,表示空气离饱和程度远,空气较为干燥,吸收水蒸汽能力强;φ值大,表示 空气更接近饱和程度,空气较为潮湿,吸收水蒸汽能力弱。 (5)湿空气的焓i指每lkg千空气的焓和dkg水蒸汽的焓两者的总和 i=i+dig =(1.01+1.8dt+2500d(kJ/kg于 要点: ◆湿空气的焓i随温度t和含湿量d的升高而加大,随其降低而减小。 (6)空气的露点温度t—在含湿量d不变的条件下,湿空气达到饱和时的温度。它只取决 于空气的含湿量d,含湿量d不变时,t;也为定值。 要点: ◆湿空气的露点温度t是判断空气结露的判据 湿空气的状态参数有: {B,bdφ,i}和{Pb,db,P,t;;s} 当B=onst时,(,Pb,db)互为相关 另外, (a,Py,t,)互为相关, 互为相关。 湿空气的主要状态参数一大气压力B,温度t相对湿度φ,含湿量d焓丹 第二节湿空气的焓湿图
4 纳水汽。 相对湿度Φ，空气中水蒸汽分压力Pq 和同温度下饱和水蒸汽分压力 Pq,b之比。 Φ=Pq / Pq,b x 100% 要点： ◆当大气压力 B 一定时，水蒸汽分压力 Pq 只取决于含湿量 d。含湿量 d 随水蒸汽分压 力 Pq 的升高增大，反之亦然。 ◆当含湿量 d一定时，水蒸汽分压力 Pq随大气压力 B的增加而上升，反之亦然。 ◆含湿量 d 能确切反映空气中含的水蒸汽量的多少，但不能反映空气的吸湿能力，不能 表示湿空气接近饱和的程度。 ◆相对湿度Φ能反映湿空气中水蒸汽含量接近饱和的程度，但不能表示水蒸汽的含量。 ◆Φ值小，表示空气离饱和程度远，空气较为干燥，吸收水蒸汽能力强；Φ值大，表示 空气更接近饱和程度，空气较为潮湿，吸收水蒸汽能力弱。 （5）湿空气的焓 i ——指每 1kg干空气的焓 ig 和 d kg 水蒸汽的焓 iq两者的总和。 i = ig +d iq =（1.01+1.84d）t + 2500d (kJ/kg 干) 要点： ◆湿空气的焓 i 随温度 t和含湿量 d的升高而加大，随其降低而减小。 （6）空气的露点温度tι——在含湿量 d 不变的条件下，湿空气达到饱和时的温度。它只取决 于空气的含湿量 d，含湿量 d不变时，tι也为定值。 要点： ◆湿空气的露点温度 tι是判断空气结露的判据。 湿空气的状态参数有： {B，t，d，Φ，i } 和 {Pq,b，d b，Pq，tι，ts} 当 B=const时，（t，Pq,b，db ）互为相关， 另外， （d，Pq，tι） 互为相关， （i，ts） 互为相关。 湿空气的主要状态参数——{大气压力 B，温度 t，相对湿度Φ，含湿量 d，焓 i} 第二节 湿空气的焓湿图
焓湿图可以直观的描述湿空气状态的变化过程。我国现在采用的焓湿图以焓为纵坐标,以含湿量 为横坐标的d斜角坐标图。 为了说明空气由一个状态变为另一个状态的热湿变化过程,在id图上还标有热湿比e线。 热湿比ε——湿空气的焓变化与含湿量变化之比,即 E=4i4d(i3-iA)/(4d4)=土Q/± E=4i/4④1000=(ii)/(d-d)/1000=±Q/±m1000 要点: ◆焓i的单位为kJ/kg干,含湿量的单位为kg/(kg干)或g/(kg干) 热量Q的单位为kJ/h,湿量W的单位为kg/h, 热湿比E有正有负,并代表湿空气状态变化的方向 ◆id图可以表示的参数有 B,t, d, o, i, Pg, ts, t,, Pg,b, dbj 第三节湿球温度与露点温度 热力学湿球温度s (1)定义——在定压绝热条件下,空气与水直接接触达到稳定热湿平衡时的绝热饱和温度。 (2)热湿交换机理—在绝热加湿过程中,水分蒸发所需的热量全部取自空气,空气失掉显热 后,温度t下降,焓i值减少;而空气得到水蒸汽带来汽化潜热和液体热 后,总的焓i值增加,且相对湿度φ增大达到饱和。 (3)要点 在小室内空气状态的变化过程是水温的单值函数,空气达到饱和时的空气温度即等于水温 度 e=(izi1)/[(d-d1)/1000]=iy19 绝热饱和温度完全取决于进口湿空气及水的状态和总量,它是湿空气的一个状态参数。 干湿球温度计 (1)构造——干球温度计是一般的温度计,湿球温度计头部被尾端浸入水中的吸液芯包裹
5 焓湿图可以直观的描述湿空气状态的变化过程。我国现在采用的焓湿图以焓为纵坐标，以含湿量 为横坐标的i-d 斜角坐标图。 为了说明空气由一个状态变为另一个状态的热湿变化过程，在i-d 图上还标有热湿比ε线。 热湿比ε——湿空气的焓变化与含湿量变化之比，即 ε=⊿i/⊿d=（iB- iA）/（dB- dA）=±Q/±W ε=⊿i/⊿d/1000 =（iB- iA）/（dB- dA）/1000=±Q/±W/1000 要点： ◆焓 i 的单位为 kJ/kg 干，含湿量的单位为 kg/（kg干）或 g/（kg 干）， ◆热量 Q 的单位为 kJ/h，湿量 W 的单位为 kg/h， ◆热湿比ε有正有负，并代表湿空气状态变化的方向。 ◆i-d 图可以表示的参数有 {B，t， d，Φ，i ，Pq，ts，tι，Pq,b，d b } 第三节 湿球温度与露点温度 热力学湿球温度 ts： （1）定义——在定压绝热条件下，空气与水直接接触达到稳定热湿平衡时的绝热饱和温度。 （2）热湿交换机理——在绝热加湿过程中，水分蒸发所需的热量全部取自空气，空气失掉显热 后，温度 t下降，焓 i值减少；而空气得到水蒸汽带来汽化潜热和液体热 后，总的焓 i值增加，且相对湿度Φ增大达到饱和。 （3）要点 在小室内空气状态的变化过程是水温的单值函数，空气达到饱和时的空气温度即等于水温 度。 ε=（i2- i1）/[（d2- d1）/1000]= iW =4.19tW 绝热饱和温度 ts完全取决于进口湿空气及水的状态和总量，它是湿空气的一个状态参数。 干湿球温度计： （1）构造——干球温度计是一般的温度计，湿球温度计头部被尾端浸入水中的吸液芯包裹