第十三章 湿空气

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1、第十章湿空气第一节概述湿空气是指含有水蒸气的空气,完全不含水蒸气的空气称为干空气。干空气的组元和成分通常是一定的，可以当做一种“单一气体”。自然界中江河湖海里的水要蒸发汽化，因此大气中总是含有一些水蒸气。一般情况下，大气中水蒸气的含量及变化都较小，可近似作为干空气来计算。但某些场合如烘干装置、采暖通风、室内调温调湿以及冷却塔等设备中用作工质的湿空气，其水蒸气含量的多少具有特殊作用，因此有必要对湿空气的热力性质、参数的确定、湿空气的工程应用计算等作专门研究。湿空气是干空气和水蒸气的混合物。烘干、采暖、空调、冷却塔等工程中通常都是采用环境大气，其水蒸气的分压力很低(0

2、.003～0.004MPa)，一般处于过热状态，因此大气中的水蒸气可作为理想气体计算。湿空气是理想气体混合物，本书第三章已介绍的理想气体遵循的规律及理想气体混合物的计算公式都可应用。此外，在湿空气分析计算中做如下两点假设：(1)湿空气中水蒸气凝聚成的液相水或固相冰中,不含有空气；(2)空气的存在不影响水蒸气与凝聚相的相平衡，相平衡温度为水蒸气分压力所对应的饱和温度。为了描述方便，分别以下标“a”、“v”、“s”表示干空气、水蒸气和饱和水蒸气的参数，而无下标时则为湿空气参数。一、未饱和空气和饱和空气根据理想气体的分压力定律，湿空气总压力等于干空气分压力pa和水蒸气分

3、压力pv之和，即p=pa+pv。如果湿空气来自环境大气，其压力即为大气压力pb，这时p=p+p(10-1)baV湿空气中的水蒸气，由于其含量不同(表现为分压力的高低)以及温度不同，或者处于过热状态，或者处于饱和状态，因而湿空气有未饱和与饱和之分。干空气和过热水蒸气组成的是未饱和湿空气。温度为t的湿空气，当水蒸气的分压力pv低于对应于t的饱和压力ps时，水蒸气处于过热状态，如图10-1中点A所示。这时，水蒸气的密度ρv小于饱和蒸汽的密度ρ′′[]=f()t，即ρv<ρ″或vv>v″TpCpstCtGAGpsAtdpvpvDtDtdOv″vOvvs图10-1湿空气中水

4、蒸气状态的p-v图和T-s图如果湿空气保持温度不变，而水蒸气含量增加，则水蒸气的分压力增大，其状态点将沿着定温线向左上方(p-v图上)，或水平向左(T-s图上)变化。当分压力增大到ps(t)，如图13-1中点C时，水蒸气达到饱和状态。这种由干空气和饱和水蒸气组成的湿空气称为饱和湿空气。饱和湿空气吸收水蒸气的能力已经达到极限，若再向它加入水蒸气，将凝结为水滴从中析出，这时水蒸气的分压力和密度是该温度下可能有的最大值，即pv=ps(t)，ρ=ρ″，ps和ρ″按温度t在饱和水蒸气图表上查得。二、露点未饱和湿空气也可通过另一途径达到饱和，如果湿空气内水蒸气的含量保持一定，

5、即分压力pv不变而温度逐渐降低，状态点将沿着定压冷却线A-B与饱和蒸汽线相交于B，也达到了饱和状态,继续冷却就会结露。B点温度即为对应于pv的饱和温度,称为露点，用td表示。显然td=f(pv)，可在饱和水蒸气表或饱和湿空气表(附表15)上由pv值查得。露点是在一定的pv下(指不与水和湿物料相接触的情况)未饱和湿空气冷却达到饱和湿空气，即将结出露珠时的温度，可用湿度计或露点仪测量，测得td相当于测定了pv。达到露点后继续冷却，部分水蒸气就会凝结成水滴析出，在湿空气中的水蒸气状态，将沿着饱和蒸汽线变化，如图10-1中的B-D所示。这时温度降低，分压力也随之降低，即为

6、析湿过程。第二节相对湿度和含湿量在某一温度下，湿空气中水蒸气分压力的大小固然反映了水蒸气含量的多少，但为方便湿空气热力过程的分析计算，有必要引入两个反映湿空气成分的参数:相对湿度和含湿量。一、湿空气的相对湿度湿空气中水蒸气的分压力pv，与同一温度、同样总压力的饱和湿空气中水蒸气分压力ps(t)的比值，称为相对湿度,以φ表示，则pρVVϕ=≈(ps≤p时)(10-2)pρ′′sϕ值介于0和1之间。ϕ愈小表示湿空气离饱和湿空气愈远,即空气愈干燥，吸取水蒸气的能力愈强，当ϕ=0时即为干空气；反之，ϕ愈大空气愈潮湿，吸取水蒸气的能力也愈差，当ϕ=1时pv=ps，即为饱和湿

7、空气。所以，不论温度如何，ϕ的大小直接反映了湿空气的吸湿能力。同时，它也反映出湿空气中水蒸气含量接近饱和的程度，故又称饱和度。计算ϕ值时，式(13-2)中的饱和蒸汽压ps既可由水蒸气图表查出，也可由下述经验公式计算(误差不超过±0.15%)：2⎡3991.11⎤{}pskpa=exp⎢18.5916−⎥(10-3)15{}t0+233.84⎣C⎦在某些场合，如作为干燥介质的湿空气，被加热到相当高的温度，这时的ps(t)可能大于总压力p。实际上，湿空气中水蒸气的分压力至多等于总压力，所以这时ϕ定义为pVϕ=(ps>p时)(10-4)P二、湿空气的含湿量以湿空气为工作

8、介质的某些