超详细的焓湿图的应用.docx
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超详细的焓湿图的应用
第2章湿空气的状态与焓湿图的应用
第一课：
湿空气
§2.1湿空气的组成和状态参数
一、湿空气的组成
湿空气=干空气+水蒸气+污染物
1．干空气：
N2—78.09%
O2—20.95%
CO2—0.03% 看成理想气体
Ne— 气体常数：
Rg=287J/kg.k
He— 0.93%
Ar—
2．水蒸气—看成理想气体，气体常数—461J/kg.k
3．污染物
从空气调节的角度：
湿空气＝干空气＋水蒸气（干空气成分基本不变，水蒸气变化大）
二、湿空气的状态参数
1．压力P（单位：
帕，Pa）
（1）大气压力：
定义：
地球表面的空气层在单位面积上所形成的压力称为大气压力；
特点：
不是一个定值，随海拔高度变化而变化，随季节天气变化而变化。
一个标准大气压为1atm＝101325Pa＝1.01325bar
当地大气压＝干空气分压力＋水蒸气分压力（B＝Pg+Pq）
其中水蒸气分压力（Pq）
定义：
湿空气中，水蒸汽单独占有湿空气的容积，并具有与湿空气相同的温度时，所产生的压力称为水蒸气分压力。
湿空气可看成理想的混合气体，湿空气的压力等于干空气的分压力与水蒸气的分压力之和：
P（B）=Pg+Pq
湿空气中水蒸气含量越多，则水蒸气的分压力越大。
2．温度t（单位：
摄氏温标0C）
t（℃）以水的冰点温度为起点0℃，水的沸点100℃为定点。
3．湿空气的密度ρ
定义：
单位容积空气所具有的质量，即（kg/m3）
计算式：
结论：
①湿空气比干空气轻。
②阴凉天大气压力比晴天低。
③夏天比冬天大气压力低。
标准状态下，干空气密度
ρ干=1.205kg/m3，湿空气密度略小于干空气密度。
工程上取ρ湿=1.2kg/m3
4．含湿量d（单位：
g/kg干空气）：
定义：
对应于1千克干空气的湿空气所含有的水蒸气量。
d＝622g/kg干空气
在一定围，空气中的含湿量随着水蒸气分压力的增加而增加，但是，在一定的温度下，湿空气所能够容纳的水蒸气量有一个限度，即空气所达到饱和状态，成为饱和空气。
相应具有饱和水蒸气分压力和饱和含湿量。
空气温度与饱和水蒸气分压力、饱和含湿量的关系（B=101325Pa）
表1-1
空气温度t/0C
饱和水蒸气分压力
Pq,b（饱和）/Pa
饱和含湿量
db（饱和）/g/kg（干空气）
10
20
30
1225
2331
4232
7.63
14.70
27.20
从表1-1看出，当温度增加时，湿空气的饱和水蒸气分压力、饱和含湿量也随之增加。
结论：
①B一定时，d随Pq升高而增大，反之亦然。
②d一定时，Pq随B升高而上升，随B降低而下降。
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5．相对湿度φ：
定义：
表征湿空气中水蒸气接近饱和含量的程度。
相对湿度=ⅹ100%φ=ⅹ100%
空气φ=0时，是干空气，φ=100％时为饱和湿空气。
注意φ与d的区别：
φ表示空气接近饱和的程度，空气在一定温度下的吸水能力，但并不反映空气中水蒸气的含量。
d表示空气中水蒸气的含量，却无法直接反映出空气的潮湿程度和吸水能力。
例如，A空气t＝100C，d＝7.63g/kg干空气；
B空气t＝300C，d＝15g/kg干空气
A空气db（饱和）＝7.63g/kg干空气，φ=100％为饱和空气；
B空气db（饱和）＝27.20g/kg干空气，φ=55％左右，为未饱和空气，具有较大吸湿能力。
结论：
ф能表示空气的饱和程度，但不能表示水蒸气的含量。
d则相反，它能表示水蒸气的含量，但不能表示空气的饱和程度。
6．焓i（单位：
kJ/kg干空气）
在空气调节中，空气的压力一般变化很小，近似于定压过程。
而在定压过程中，可以直接用空气的焓变化来度量空气的热量变化。
湿空气的焓是以1kg干空气作为计算基础，同时取00C的干空气和00C的水的焓为零，则含有1kg干空气的湿空气所具有的焓表示为i（kJ/kg干空气）；
1kg干空气的焓表示为ig（kJ/kg干空气）；水蒸气的焓为表示iq（kJ/kg水蒸气）。
所以，i＝ig+d×iq
＝（1.01＋1.84d）t＋2500d（注：
d以kg/kg干空气计算）
＝显热（随着温度变化的热量）＋潜热（00C的d千克水的汽化潜热，仅仅与d有关）
例如，大气压为101325Pa，温度为200C，相对湿度为90％，求湿空气的含湿量和焓。
解：
查表1-1得，200C时饱和湿空气的水蒸气分压力Pq,b＝2331Pa，
（1）由φ=ⅹ100%得湿空气的水蒸气分压力为
Pq＝φ×Pq,b＝0.9×2331＝2097.9Pa
（2）由d＝622/kg干空气得湿空气的含湿量为
d＝622×＝13.2g/kg（干空气）
（3）由i＝（1.01＋1.84d）t＋2500d得湿空气的焓为
i＝（1.01＋1.84×13.2×10－3）×20＋2500×13.2×10－3＝53.7kJ/kg（干空气）
7．湿空气的露点湿度tl
定义：
在含湿量不变的条件下，使未饱和空气冷却到饱和状态的温度叫做露点温度tl。
实例：
秋季凌晨草地上挂露珠；冬季玻璃窗户上结冰花；夏季冷水管表面“出汗”等现象。
掌握露点温度的意义在于可以利用这个原理来完成空气冷却减湿的过程。
8．空气湿球温度ts
定义：
用湿球温度计在空气中测量出来的湿度值，就称为湿球温度ts
结论：
空气中所含水蒸汽越少，则湿球温度越低，干、湿球温差就越大；反之，干、湿球温差越小，表明空气越湿润。
第二课：
焓--湿图（2学时）
§1－2湿空气的焓－湿图
由i＝1.01t+（2500+1.84t）d可知焓i由温度t和含湿量d决定；
由d＝622φPq,b/（B－φPq,b）及Pq,b由t决定可知当B一定时，相对湿度φ由温度t和含湿量d决定；
由d＝622可知当B一定时，水蒸气分压力Pq由d决定。
所以，在空气的6个状态参数t、d、B、I、φ、Pq中，t、d、B是独立参数，其余参数可以从t、d、B三个独立参数计算出来。
空调过程中取B为定值。
说明：
1．焓湿图是在大气压力B为某个定值时做出的，如果B不同，则所求参数也不同。
在实际应用中，为避免图面过大，常将坐标d改为水平线。
2．热湿比＝湿空气焓的变化量/含湿量的变化量＝湿空气的热量变化量/湿量变化量
ε＝Δi/Δd（）＝Q/W（）,
ε＝1000×Δi/Δd（）。
热湿比说明空气状态变化的方向和特征，应用热湿比确定空气状态变化过程，热湿比在焓湿图上是空气初末状态连线的斜率。
3．当大气压一定时，水蒸气分压力Pq与含湿量d是一一对应关系，在d轴的上方设一条水平线，标出与d所对应的Pq值。
例题1：
例如，大气压为101325Pa，温度为200C，相对湿度为90％，用焓湿图查出湿空气的含湿量和焓。
解：
由温度200C，相对湿度为90％在焓湿图上确定湿空气的状态点，由该点查出：
湿空气的含湿量为d＝13.2g/kg（干空气）；
湿空气的焓为i＝53.7kJ/kg（干空气）。
例题2：
已知大气压力为101325Pa，在焓湿图上确定空气的状态参数。
1、t=220C，φ=65%
2、i＝45kJ/kg（干空气）,d＝7.2g/kg（干空气）
3、t=220C，d＝7.2g/kg（干空气）
第三课：
焓湿图的应用（2学时）
§1－3焓湿图的应用
一、根据空气的干湿球温度在焓湿图上确定空气的状态和露点温度
1、干湿球温度计有两个温度计，一个测量空气的实际温度，称为干球温度t，另一个反映湿球纱布上热湿平衡的水温，即湿球纱布周围的饱和空气的温度，称为湿球温度ts。
实际上，t和ts较容易测量，所以用干湿球温度计测定空气状态成为常用的主要手段。
2、根据空气的干湿球温度在焓湿图上确定空气的状态
方法一：
等湿球温度线法
根据计算，周围空气经过湿球变成饱和空气的过程中，空气状态变化过程的热湿比为
ε＝4.19ts
在焓湿图上，ε＝4.19ts的线即为等湿球温度线。
在焓湿图上，作湿球温度ts的等温线与相对湿度100％的饱和线交于B点，然后过B点作ε＝4.19ts的等湿球温度线，等湿球温度线与干球温度t的等温线相交于A，则A点即为所求空气的状态点。
方法二、等焓线法
由于湿球温度ts≤300C，热湿比ε＝4.19ts的过程线与ε＝0的等焓线非常接近，所以在空调过程中用等焓线代替等湿球温度线。
在焓湿图上，作湿球温度ts的等温线与相对湿度100％的饱和线交于B点，然后过B点作ε＝0的等焓线，等焓线与干球温度t的等温线相交于C点，则C点即为所求空气的状态点。
例题1：
用干湿球温度计测得某一状态空气的干球温度t＝200C，湿球温度ts＝150C，试在焓湿图上确定空气状态点及空气的相对湿度、含湿量和焓。
解：
方法一：
等湿球温度线法
在焓湿图上，作湿球温度ts＝150C的等温线与相对湿度100％的饱和线交于B点，然后过B点作ε＝4.19ts＝4.19×15＝63的等湿球温度线，等湿球温度线与干球温度t＝200C的等温线相交于A，则A点即为所求空气的状态点。
在B＝101325Pa的焓湿图上查出：
空气的相对湿度为58.8％，含湿量为8.5g/kg干空气，焓＝41.8kJ/kg干空气。
方法二、等焓线法
在焓湿图上，作湿球温度ts＝150C的等温线与相对湿度100％的饱和线交于B点，然后过B点作ε＝0的等焓线，等焓线与干球温度t＝200C的等温线相交于C点，则C点即为所求空气的状态点。
在B＝101325Pa的焓湿图上查出：
空气的相对湿度为58.9％，含湿量为
8.52g/kg干空气，焓＝41.8kJ/kg干空气。
例题2、已知B＝101325Pa，干球温度t＝450C，湿球温度ts＝300C，试在焓湿图上确定该湿空气状态参数（h、d、φ）。
解：
方法一：
等湿球温度线法
在焓湿图上，作湿球温度ts＝300C的等温线与相对湿度100％的饱和线交于B点，然后过B点作ε＝4.19ts＝4.19×30＝125.7的等湿球温度线，等湿球温度线与干球温度t＝450C的等温线相交于A，则A点即为所求空气的状态点。
在B＝101325Pa的焓湿图上查出：
空气的相对湿度为34％，含湿量为20.6g/kg干空气，焓＝98.6kJ/kg干空气
方法二、等焓线法
在焓湿图上，作湿球温度ts＝300C的等温线与相对湿度100％的饱和线交于B点，然后过B点作ε＝0的等焓线，等焓线与干球温度t＝450C的等温线相交于C点，则C点即为所求空气的状态点。
在B＝101325Pa的焓湿图上查出：
空气的相对湿度为34.8％，含湿量为21.1g/kg干空气，焓＝100kJ/kg干空气。
<<返回
3、根据空气的干湿球温度在焓湿图上确定露点温度
结露：
某一状态的未饱和空气，在含湿量不变的情况下，把该空气的温度下降到某一临界温度tl时，空气达到饱和，当温度进一步下降，空气中多余的水份凝结出来，形成露水。
露点温度：
某一状态的空气在含湿量不变的情况下，冷却到饱和状态（φ＝100％）时所具有的温度。
露点温度是判断湿空气是否结露的依据，只要湿空气的温度大于或等于其露点温度，则不会出现结露现象。
在焓湿图上确定露点温度的方法：
首先在焓湿图上确定空气的状态点A，查出其含湿量d，然后由A点沿等焓线d向下与φ＝100％线交于L点，则L点对应的温度即为露点温度。
例题1：
用干湿球温度计测得某一状态空气的干球温度t＝200C，湿球温度ts＝150C，试在焓湿图上确定空气状态点及露点温度。
解：
在焓湿图上，作湿球温度ts＝150C的等温线与相对湿度100％的饱和线交于B点，然后过B点作ε＝0的等焓线，等焓线与干球温度t＝200C的等温线相交于A点，则A点即为所求空气的状态点。
在B＝101325Pa的焓湿图上查出：
空气的相对湿度为58.9％，含湿量为8.52g/kg干空气，焓＝41.8kJ/kg干空气。
然后由A点沿等焓线d向下与φ＝100％线交于L点，则L点对应的温度即为露点温度。
例题2、已知B＝101325Pa，干球温度t＝450C，湿球温度ts＝300C，试在焓湿图上确定该湿空气状态点及露点温度。
解：
在焓湿图上，作湿球温度ts＝300C的等温线与相对湿度100％的饱和线交于B点，然后过B点作ε＝0的等焓线，等焓线与干球温度t＝450C的等温线相交于A点，则A点即为所求空气的状态点。
在B＝101325Pa的焓湿图上查出：
空气的相对湿度为34.8％，含湿量为21.1g/kg干空气，焓＝100kJ/kg干空气。
然后由A点沿等焓线d向下与φ＝100％线交于L点，则L点对应的温度即为露点温度。
<<返回
二、利用热湿比在焓湿图上确定空气的状态变化
例题：
已知B＝101325Pa，湿空气的初参数tA＝200C，φA＝60％，当加入10000kJ/h的热量和2kg/h湿量后，温度tB＝280C，求湿空气的终状态。
B`
解：
方法一：
平行线法
在焓湿图上，根据湿空气的初参数tA＝200C，φA＝60％找到空气状态点A。
求热湿比ε＝Δi/Δd（）＝Q/W（）＝10000/2＝5000kJ/kg
过A点作与热湿比ε线的平行线，即为状态A的变化方向，此线与温度tB＝280C的等温线的交点B，即为湿空气的终状态点。
由B点查出：
φB＝51%，dB＝12g/kg干空气，iB＝59kJ/kg干空气。
方法二：
辅助点法
在焓湿图上，根据湿空气的初参数tA＝200C，φA＝60％找到空气状态点A。
求热湿比ε＝Δi/Δd＝Q/W＝10000/2＝5000kJ/kg
任取Δd＝4g/kg干空气＝0.004kg/kg干空气
则有Δi＝5000×0.004＝20kJ/kg干空气
在焓湿图上，做出Δd＝4g/kg干空气等焓湿线和Δi＝20kJ/kg干空气等焓线的交点C，C称为辅助点。
点A与点C的连线与终态温度tB＝280C的等温线的交点B，则点B为所求的湿空气的终状态点。
查得iB＝59kJ/kg干空气。
三、利用焓湿图确定两种不同状态空气混合后的状态
设有两种状态的空气混合，A状态的质量为GA，B状态的质量为GB，混合后的状态为C。
根据混合定律，混合点C在焓湿图AB的连线上，所分成两段直线的长度之比与参与混合的两种空气质量成反比，即混合点靠近质量大的空气状态的一端。
例题：
某空调系统采用新风和部分室回风混合处理后送入空调房间。
已知大气压力B＝101325Pa，回风量GA＝2000kg/h，回风状态tA＝200C，φA＝60％。
新风量GB＝500kg/h，回风状态tB＝350C，φB＝80％。
试确定混合后空气的状态。
解：
1．在焓湿图上，根据已知状态参数找到状态点A和B，并以直线相连。
2．混合点C在AB上的位置应符合
3．将AB线段分成五等分，则C点应在接近A状态（质量重）的一等分处。
4．查焓湿图得tC＝23.10C，iC＝56kJ/kg干空气，dC＝12.8g/kg干空气，φC＝73％。
幻灯片1
第八章物料干燥
●重点：
空气的焓湿图、干燥机理、干燥
●曲线、干燥时间的计算；
难点：
空气的焓湿图、干燥机理；
幻灯片2
第一节概述
●去湿：
除去物料中的水分和或其它溶剂（统称为湿分）的过程。
●去湿的方法：
●机械去湿法：
即通过过滤、压榨、抽吸和离心分离等方法除去湿分。
●物理化学去湿法：
用吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等吸收水分。
该法费用高，操作麻烦，只适用于小批量固体物料的去湿，或用于除去气体中的水分。
●热能去湿法：
如蒸发、干燥等
用加热的方法使水分或其它溶剂汽化，并将产生的蒸气排除，藉此来除去固体物料中湿分的操作，称为固体的干燥。
幻灯片3
●干燥过程的分类
●按操作压力：
常压干燥、真空干燥
●按操作方式：
连续式、间歇式
●按传热方式：
传导干燥、对流干燥、辐射干燥和介电加热干燥，以及由其中两种或三种方式组成的联合干燥。
幻灯片4
●在工业上应用最普遍的是对流干燥。
通常使用的干燥介质是空气，被除去的湿分是水分。
空气既是载热体又是载湿体。
●物料的干燥过程是属于传热和传质相结合的过程。
●干燥过程进行的条件：
被干燥物料表面所产生水汽（或其它蒸汽）的压力大于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压，压差越大，干燥过程进行越快。
所以干燥介质须及时将汽化的水汽带走，以保持一定的汽化水的推动力。
幻灯片5
第二节湿空气的性质及湿度图
一、湿空气的性质
1水蒸气分压pv
空气中水蒸气分压愈大，水分含量就愈高，根据气体分压定律，则有
2湿度（humidity）H
又称为湿含量或绝对温度（absolutehumidity）。
它以湿空气中所含水蒸汽的质量与绝对干空气的质量之比表示，使用符号Ｈ，其单位为：
kg水气/kg干空气。
幻灯片6
常温下，湿空气可视为理想气体，则有
在饱和状态时，湿空气中水蒸气分压pv等于该空气温度下纯水的饱和蒸气压ps，则有
由于水的饱和蒸气压仅与温度有关，故湿空气的饱和湿度是温度和总压的函数，即
幻灯片7
3相对湿度φ
在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压pv与同温度下水的饱和蒸汽压pS之比的百分数，称为相对湿度（relativehumidity），用符号φ表示，即
当pv=0时，φ=0，表示湿空气不含水分，即为绝干空气。
当pv=ps时，φ=1，表示湿空气为饱和空气。
幻灯片8
相对湿度和绝对湿度的关系
相对湿度和绝对湿度的关系
●相对湿度：
可以说明湿空气偏离饱和空气的程度，能用于判定该湿空气能否作为干燥介质，φ值与越小，则吸湿能力越大。
●湿度：
是湿空气含水量的绝对值，不能用于分辨湿空气的吸湿能力。
在一定总压和温度下，两者之间的关系为
幻灯片9
4湿空气的比热CH
在常压下，将湿空气中1kg绝干空气及相应Ｈkg水汽的温度升高（或降低）1oC所需要（或放出）的热量，称为比热，又称为湿热，用符号CH表示，单位是kJ/（㎏绝干气·oC），即
在常用的温度围，有
上式说明：
湿空气的比热只是湿度的函数。
幻灯片10
5湿空气的焓I
湿空气中1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和，称为湿空气的焓，用符号I表示，单位是kJ/kg干空气。
I=Ig+IvH
式中Ｉ——湿空气的焓，kJ/kg绝干气；Ig——绝干空气的焓，kJ/kg绝干气；Iv——水气的焓，kJ/kg水气。
注：
空气的焓是根据干空气及液态水在0oC时焓为零作基准而计算的，因此，对于温度为t及湿度为Ｈ的湿空气，其焓包括由0oC的水变为0oC的水汽所需的潜热及湿空气由0oC升温至toC所需的显热之和，即
幻灯片11
6湿空气的比容vH
在湿空气中，1kg绝干气体积和相应的Hkg水气体积之和，称为湿空气的比容，亦称湿容积（humidvolume），用符号vH表示，单位为：
m3湿空气/kg绝干气。
幻灯片12
7露点td
不饱和的空气在湿含量Ｈ不变的情况下冷却，达到饱和状态时的温度，称为该湿空气的露点（dewpiont）,用符号td表示。
在露点时，空气的湿度为饱和湿度，φ=1。
当空气从露点继续冷却时，其中部分水蒸汽便会以露珠的形式凝结出来。
空气的总压一定，露点时的饱和水蒸汽压ps,td仅与空气的湿度Hs,td有关，即ps,td=f（Hs,td）或td=（Hs,td）湿度越大，td越大。
幻灯片13
干球温度t和湿球温度tw
8干球温度t和湿球温度tw
干球温度t：
空气的温度
湿球温度tw：
不饱和空气的湿球温度tw低于干球温度t。
形成原理（如图所示）：
tw
补充液，温度tw
空气湿度H温度t
幻灯片14
在稳定状态时，空气向湿纱布表面的传热速率为：
Q=αS（t-tw）
气膜中水气向空气的传递速率为：
N=kH（Hs,tw-H）S
在稳定状态下，穿热速率和传质速率之间的关系为：
Q=Nrtw
对空气~水蒸气系统而言，α/kH=1.09
强调：
●湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度，而并不代表空气的真实温度，由于此温度由湿空气的温度、湿度所决定，故称其为湿空气的湿球温度，所以它是表明湿空气状态或性质的一种参数。
●对于某一定干球温度的湿空气，其相对湿度越低，湿球温度值越低。
对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。
幻灯片15
绝热饱和温度
9绝热饱和温度tas
形成原理：
绝热降温增湿过程及等焓过程
绝热增湿过程进行到空气被水汽所饱和，则空气的温度不再下降，而等于循环水的温度，称此温度为该空气的绝热饱和温度，用符号tas表示，其对应的饱和湿度为Ｈas，此刻水的温度亦为tas。
在空气绝热增湿过程中，空气失去的是显热，而得到的是汽化水带来的潜热，空气的温度和湿度虽随过程的进行而变化，但其焓值不变。
幻灯片16
塔顶和塔底处湿空气的焓分别为：
湿空气在绝热增湿过程中为等焓过程，即：
I1=I2
由于Ｈ和Ｈas值与l相比皆为一很小的数值，故可视为CH、CHas不随湿度而变，即CH=CHas。
则有
幻灯片17
实验测定表明，对于在湍流状态下的空气－水蒸气系统而言，a/kH≈CH，同时r00≈rtw，故在一定温度t和湿度H下，有
强调：
绝热饱和温度tas与湿球温度tw是两个完全不的概念。
但是两者都是湿空气状态（t和H）的函数。
特别是对空气－水气系统，两者在数值上近似相等，对其他系统而言，不存在此关系。
幻灯片18
对空气－水蒸气系统，干球温度、绝热饱和温度（或湿球温度）及露点之间的关系为：
对于不饱和湿空气：
t>tas（或tw）>td
对于饱和的湿空气：
t＝tas（或tw）＝td
幻灯片19
二、湿空气的湿度图
在工程计算中，常用的是以湿空气的焓值I为纵坐标，湿度H为横坐标的焓湿图，即I-H图。
图上共有五种线，图上任一点都代表一定温度t和湿度Ｈ的湿空气状态。
●等湿度线（等H线）：
●等焓线（等I线）：
●等温线（等t线）：
●等相对温度线（等φ线）
●水蒸汽分压线：
幻灯片20
1等湿度线（等H线）
一组与纵轴平行的直线。
在同一条等H线上，湿空气的露点td不变。
2等焓线（等I线）
一组与横轴平行的直线。
在同一条等I线上，湿空气的温度t随湿度H的增大而下降，但其焓值不变。
3等温线（等t线）
I=（1.88
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