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1、第13卷第2期山东建筑工程学院学报Vol.13No.21998年6月JOURNALOFSHANDONGINSTITUTEOFARCH.ANDENG.June1998湿空气熵及焓火用的计算方法戎卫国张洪宁(山东建筑工程学院城市建设系)摘要依据熵及焓火用的严格定义,推出了适合工程实际应用的、简单明了的湿空气熵及焓火用的计算公式。为在空调及通风工程中进行火用分析和热经济学分析提供了计算依据。关键词湿空气;熵;焓火用;分类号TK110引言在工程界的技术经济分析中,过去一直沿用基于热力学第一定律的“能平衡”方法来论证方案的可用性,评价系统设计和
2、运行的优化及其经济性。能平衡只反映能量的守恒性,未考虑各种不同形式的能量在使用价值上的不等价性。因此,近十几年内,为适应合理与节约用能的需要,逐步转向“火用平衡”,即改以热力学第二定律为依据,采用“可用能”——“火用”赋予能量价值的观点。火用分析和系统工程的方法,又成为“热经济学”的重要基础。利用火用分析的方法,对空调及通风工程方案进行技术和热经济分析,对方案的选择和优化设计具有重要的意义。而进行这样的分析,首先要确定湿空气的熵及焓火用的计算方法。本文则在文献1、2的基础上根据熵及焓火用的严格定义,做了进一步的研究,给出适合工程实际使
3、用的、简单明了的湿空气熵及焓火用的计算方法。1湿空气熵的计算在确定湿空气熵时,应取与湿空气焓的计算相同的计算基准,即取含有1kg干空气的湿空气为计算基准,它是1kg干空气的熵和01001dkg水蒸汽的熵的总和。在(T,p)下湿空气的熵值为:s(T,p,d)masa(T,pa)+mvsv(T,pv)s(T,p,d)==mama=sa(T,pa)+0.001dsv(T,pv)kJö(kgaK)(1)式中:sa与sv分别为干空气与水蒸汽的比熵,kJö(kgK);pa与pv则分别表示对应于(T,p,d)下湿空气中干空气与水蒸汽的分压力,Pa。
4、应该指出的是:即使将湿空气视为理想气体,其熵也不同于其焓仅是温度和含湿量的函数,而是温度、含湿量与压力的函数。在确定湿空气的熵时,不仅要规定计算基准点的温度、含湿量,还要规定计算基准点的压力。若取计算基准点的熵值为s(T0,p0,d0),则有s0(T0,p0,d0)=sa0(T0,pa0)+0.001d0sv0(T0,p0)(2)任意状态下湿空气的熵值应等于从基准点变化至任意状态所引起的熵的变化量,因此有:s(T,p,d)=sa(T,pa)-sa0(T0,pa0)+0.001dsv(T,pv)-0.001d0sv0(T0,pv0)(3
5、)收稿日期:1998—01—0456山东建筑工程学院学报1998年若取d0=d-$d,经过整理可得到:s(T,p,d)=[sa(T,pa)-sa0(T0,pa0)]+0.001d[sv(T,pa)-sv0(T0,pv0)]+0.001$dsv0(T0,p0)(4)由于基准点状态下水蒸汽的熵sv0等于零,因此可写为:s(T,p,d)=[sa(T,pa)-sa0(T0,pa0)]+0.001d[sv(T,pa)-sv0(T0,pv0)](5)在所研究的温度范围内,将干空气与水蒸汽视为理想气体,并取计算基准点与湿空气焓的计算基准点保持一致。
6、对干空气,取0℃,湿空气总压力为1011325kPa时干空气的熵为零,因此导出:Tpasa(T,pa)=cpaln()-Raln()kJö(kgK)(6)T0pa0对于水蒸汽,为保持与湿空气焓的计算基准点相同,取湿空气总压力为1011325kPa,0℃水的熵为零。因此导出:Tpvsv(T,pv)=9.16+cpvln()-Rvln()kJö(kgK)(7)T0pv0式中:9116kJö(kgK)为0℃时饱和蒸汽的熵值,也即由0℃的水变至0℃的饱和蒸汽所引起的熵的变化量。后两项则为由0℃,pv0加热至t℃,pv所引起的水蒸汽熵的变化量。
7、将式(6),(7)代回(5)式,并利用湿空气含湿量的公式进行代换,经过整理后可得到湿空气熵的表示式:Ts(T,p,d)=(cpa+0.001dcpv)ln()+0.00916d-T0-3p(622+d0)dRv×10[(622+d)ln-dln]kJö(kgaK)(8)p0(622+d)d0若仅考虑计算状态与基准点状态的压力、温度的平衡,而不考虑其含湿量的平衡,则熵的表达式可表示为:Ts(T,p,d)=(cpa+0.001dcpv)ln()+0.00916d-T0-3pRv×10(622+d)ln()kJö(kgaK)(9)p0111
8、湿空气的物理火用湿空气的物理火用等于湿空气在保持含湿量不变的情况下,经可逆过程变化到与环境达到热和机械平衡所能提供的最大有用功,根据文献2提供的物理火用的计算式,并取环境温度和压力即为湿空气焓和熵的计算基准点温度(t0=
