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1、第二讲第二讲 湿空气的物理湿空气的物理性质和性质和id图图(Psychrometricchart )主要内容主要内容n湿空气的物理参数n湿空气的焓湿图n焓湿图的应用与参数计算 一、湿空气的物理性质1、什么是湿空气？大气干空气水蒸气干空气水蒸气湿空气中水蒸气含量虽少，但它决定了空气环境的干燥和潮湿程度，且影响着湿空气的物理性质。在空调中，要使空气达到一定的温湿度，就不能忽略空气中的水蒸气。研究湿空气中水蒸气含量的调节是空气调节中的主要任务之一。 理想气体状态方程式理想气体状态方程式干空气和水蒸汽均可以看作理想气体利用理想气体状态方程式可以确定空气的状态参数干空气的气体常数为Rg=287J/kg.
2、K水蒸气的气体常数为Rg=461J/kg.K一、湿空气的物理性质n湿空气又是特殊的理想混合气体，因为湿空气中水蒸气在适当的条件下，将发生相变。n湿空气中的水蒸气通常处于过热状态，即水蒸气的分压力低于当时湿空气的温度（也是水蒸气温度）所对应的水蒸气饱和压力。这种湿空气称为未饱和空气未饱和空气，这是干空气和过热蒸汽的混合物。若湿空气中水蒸气处于饱和状态，这时的湿空气便称为饱和空气饱和空气。n据水蒸气饱和的概念可以知道，未饱和空气内可以接纳再多一些的水蒸气，当湿空气达饱和时其中水蒸气含量达到最大值，如再加入水蒸气，就会凝结出水珠来，唯有提高空气温度，使对应的水蒸气饱和压力提高，才能进一步接纳水蒸气。
3、这就是升温吸湿升温吸湿原理。 一、湿空气的物理性质一、湿空气的物理性质4、湿空气的主要参数n湿空气的压力湿空气的压力B湿空气的压力即大气压力，BPgPq(Pa)注意：注意：海拔较高的城市不能使用海平面的海拔较高的城市不能使用海平面的i-d图！图！饱和水蒸气分压力：饱和水蒸气分压力：当空气中的水蒸气量值达到了饱和状态。水蒸气的量非常多，达到饱和，再多就会出现析出的状态。空气中不会再有气态的水蒸气，而会出现液态的水。这时水蒸气分压力达到最大值，叫饱和水蒸气分压力。 湿空气温度越高，空气中饱和水蒸气分压力也就越大，说明该空气能容纳的水气数量越多，反之亦然。水蒸气分压力是衡量湿空气干燥与潮湿的基本指标
4、，后面再进一步分析水蒸气分压力和饱和水蒸气分压力的作用。 一、湿空气的物理性质4、湿空气的主要参数n温度温度t=T-273.15n湿空气的密度密度 gqPg/RTPq/RT0.003484B/T-0.00134Pq/T当温度压力一定，密度和水蒸气分压力有关。反比关系。湿空气中，水蒸气的含量越多，水蒸气分压力大，空气密度越小。 一般取 =1.2Kg/m3 n湿空气的含湿量含湿量d (humidity ratio/moisture)湿空气中的水蒸气密度与干空气密度之比称为湿空气的含湿量。（描述的湿量是一个绝对值，量值的多少） 水蒸气分压力和含湿量呈单值的函数的关系 一、湿空气的物理性质n相对湿度相
5、对湿度 (relative humidity)湿空气的水蒸气压力与同温度下的饱和湿空气压力之比称为相对湿度；它表征湿空气中水蒸气接近饱和含量的程度。相对湿度反映空气干燥程度是更直观的。Pq/Pqb100%d/db100%(误差13）天气预报里的湿度就是相对湿度。南方阴雨天气，相对湿度高。闷热，指相对湿度大接近饱和。地下室空气潮湿的调节方法：1，用电炉。地下室空间封闭，没湿量传出，含湿量不变。改变的只是相对湿度，可以使用电炉取暖的办法改变人的舒适度，调节相对湿度使人感到舒适，但没改变含湿量。电炉拿走，温度降，相对湿度恢复，因为含湿量没变，温度恢复，没从根本改变这个问题。所以地下室进行空气调节，单
6、纯温升不行，尽量通过通风换气，才能把含湿量降低，把空气中水蒸气带到室外。才能真正有效的使相对湿度达到舒适的程度。一、湿空气的物理性质n湿空气的焓焓I (enthalpy)空调工程中，空气压力变化很小，可近似于定压过程，因此可直接用空气的焓变化来度量空气的热量变化。1kg干空气焓加含湿量为d的水蒸气焓，干空气是显热变化，定压比热乘温度。水蒸气潜热（2500，0C的汽化潜热）和显热（定压比热乘温度）加起来乘以量的大小。 ICPt+(2500+Cpqt)d (KJ/Kg)， 其中，Cp=1.005KJ/Kg ，Cpq=1.84KJ/Kg ， 当t0时，i2500KJ/Kg1.01t+1.84dt，是
7、与温度有关的热量，称显热。T=0C，i2500d，不为0。2500d是0C时dkg水的汽化热，仅随湿量变化而变化，与温度无关，称潜热。当温度和含湿量升高时，比焓值增加，反之降低。而温度升高，含湿量减少时，由于2500比1.01和1.84大的多，焓值不一定增加。 一、湿空气的物理性质n湿球温度湿球温度 (web bulb temperature)定义：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空气绝热饱和温度。特点：近似等焓增焓部分是液体显热d4.19t湿球温度可以看成确定空气状态的又一独立参数。空气调节中湿球温度的应用：空气调节中湿球温度的应用：由于这个参数比较容易测量，所以是测定工
8、作中必须使用的参数。除此之外，可以利用湿球温度来衡量使用喷水室、蒸发冷却器、冷却塔、蒸发式冷凝器等设备的冷却和散热效果，并判断它们的使用范围。一、湿空气的物理性质n露点温度露点温度 (dew point temperature)湿空气的露点温度是在含湿量不变的条件下，湿空气达到饱和时的温度。沿等d线（含湿量不变）温度降低降低到饱和状态，下一步再降温，水汽就要析出了，出现结露的现象。临界温度叫露点温度。判断湿空气是否结露的标志。露点温度之下，就会出现结露现象。 空调技术中利用露点温度：空调技术中利用露点温度：判断保温材料是否选择的合适，如冬季围护结构内表面是否结露，夏季送风管道和制冷设备保温材料
9、外表面是否结露；利用低于空气露点温度的水去喷淋热湿空气，或者让热湿空气流过其表面温度低于露点温度的表面冷却器，从而使该空气达到冷却减湿的处理。 一、湿空气的物理性质n你能区分湿球温度和露点温度吗？3、湿空气状态参数的测定、湿空气状态参数的测定可以直接测定的状态参数可以直接测定的状态参数：干球温度、湿球温度、压力、不易测量的参数不易测量的参数：含湿量：焓值：二、湿空气的焓湿图n如何确定湿空气的状态及其变化过程？ 按公式计算； 查表； 查焓湿图n焓湿图的作用？简化计算；直观描述湿空气状态变化过程。 n焓湿图：开利发明，通过焓湿图，把这些参数综合起来，分析空气的各种状态以及变化过程。 上页上页下页下
10、页焓湿图（焓湿图（i-di-d）的组成：）的组成：等温线等温线t t，i=1.01t+d(2500+1.84t)等焓线等焓线i i，等含湿量线等含湿量线d d，等相对湿度线等相对湿度线，水蒸气分压力线水蒸气分压力线P Pq q，角系数线。角系数线。 角系数线角系数线二、湿空气的焓湿图n沿横轴方向绘制干球温度线。干球温度线是直线，但线间不是严格平行的，而是稍微向左偏斜。n图右边的纵轴为含湿量，轴上水平线的间距均匀，饱和状态曲线从左到右向上倾斜。n干球温度、湿球温度和露点温度在饱和曲线上相重合，与饱和曲线形状类似的相对湿度线每隔一定间隔出现。n等比焓线在图的左边倾斜地划出，平行的比焓线向右斜下。虽
11、然湿球温度线与比焓线似乎重叠，但它们在图中逐渐发散，互相并不平行。湿球温度线的间距不均匀。比容线是上左下右地倾斜，互相不平行。n图的左上部，一个带有两个标尺的半圆形，一个标尺是显热比，另一个是比焓差与含湿量差的比值。 注意：比焓、比容和含湿量的大小全是以单位质量的干空气为基准，而不是单位质量的湿空气。上页上页湿空气焓湿图湿空气焓湿图湿空气焓湿图湿空气焓湿图(i-d(i-d图图图图) )三、三、 焓湿图的应用 1. 1. 由由两两个个已已知知状状态态参参数数，确确定定其其它它状状态态参参数数。一一般般由由t t，t ts s（夏夏季季）或或t t，（冬冬季季）来来确确定定其它状态参数。其它状态参
12、数。 三、三、 焓湿图的应用n例：从焓湿图中读出湿空气在干球温度为 24，湿球温度16 ，及标准海平面压力下的其他参数值。 解：24的干球温度线与16 的湿球温度线的交点决定了所给的状态。以图中的这一点为 参考 , 就可确定所有的其他参数值。n含湿量W：水平地移动到右边 , 在垂直刻度上读出 n相对湿度：在 40% 与 50% 相对湿度线间内插 , 读出=41%。n比焓i n露点温度 td ：从状态点水平地移动到左边 , 在饱和曲线上读出 td=10 三、三、 焓湿图的应用 1. 1. 由由两两个个已已知知状状态态参参数数，确确定定其其它它状状态态参参数数。一一般般由由t t，t ts s（夏
13、季）或（夏季）或t t，（冬季）来确定其它状态参数。（冬季）来确定其它状态参数。 2. 2. 湿空气状态变化过程在湿空气状态变化过程在i-di-d 图上的表示图上的表示 1 1）干加热过程：等）干加热过程：等d d过程；过程； 2 2）干冷却过程：等）干冷却过程：等d d过程；过程； 3 3）喷水加湿过程：等）喷水加湿过程：等i i过程；过程； 4 4）吸附减湿过程：等）吸附减湿过程：等i i过程；过程； 5 5）喷蒸汽加湿过程：等）喷蒸汽加湿过程：等t t过程；过程； 6 6）冷却干燥过程：降温减湿过程。）冷却干燥过程：降温减湿过程。三、三、 焓湿图的应用 1、各种湿空气状态变化过程在焓湿图
14、上的表示、各种湿空气状态变化过程在焓湿图上的表示 =- =+ = ?典型的湿空气处理过程几种典型的空气处理过程1、等湿加热过程（、等湿加热过程（A-B）：）：电加热器或热水（蒸汽）加热器来处理空气 2、等湿冷却过程、等湿冷却过程A-C：用表面冷却器或蒸发器冷却空气4、等温加湿过程、等温加湿过程A-F：通过向空气中喷水蒸气或与空气温度相同的水而实现，即该过程近似于等温加湿过程。5、等焓加湿过程、等焓加湿过程A-E：采用喷水室喷循环水对空气进行加湿处理 n湿空气的等焓减湿过程利用固体吸湿剂（硅胶或氯化钙）干燥空气时，湿空气的部分水蒸气在吸湿剂的微孔表面上凝结，湿空气含湿量降低，温度升高，其过程（A
15、D）近似于等焓降湿过程。减湿冷却过程减湿冷却过程A-G：用表面冷却器或蒸发器冷却空气 （表冷器表面温度低于处理的空气露点温度）使湿空气与低于其露点温度的冷表面接触，则湿空气不仅降温而且脱水，因此可实现冷却干燥过程。状态为状态为A A（i iA A，d dA A）的湿空气，质量流量为）的湿空气，质量流量为G GA A（kg/skg/s）；）； 状态为状态为B B（i iB B，d dB B）的湿空气，质量流量为）的湿空气，质量流量为G GB B（kg/skg/s）；）；混合状态为混合状态为C C（i iC C，d dC C）混合后的空气质量流量为：混合后的空气质量流量为：G GC C= =G G
16、A A+ +G GB B根据热平衡关系式：根据热平衡关系式： G GA A i iA A + + G GB B i iB B= =（G GA A+ +G GB B）i iC C根据湿平衡关系式：根据湿平衡关系式： G GA A d dA A + + G GB B d dB B= =（G GA A+ +G GB B）d dC C 混合后空气焓值：混合后空气焓值： i iC C= =（G GA A i iA A + + G GB B i iB B）/ /（G GA A+ +G GB B） 混合后空气含湿量：混合后空气含湿量： d dC C= =（G GA Ad dA A + + G GB Bd d
17、B B）/ /（G GA A+ +G GB B）3.3.不同状态空气的混合过程在不同状态空气的混合过程在不同状态空气的混合过程在不同状态空气的混合过程在i-di-d图上的表示图上的表示图上的表示图上的表示结论：结论：结论：结论： （1 1 1 1）两种不同状态的空气相混合，混合状）两种不同状态的空气相混合，混合状）两种不同状态的空气相混合，混合状）两种不同状态的空气相混合，混合状态点必落在这两点的连线上；态点必落在这两点的连线上；态点必落在这两点的连线上；态点必落在这两点的连线上； （2 2 2 2）混合状态点）混合状态点）混合状态点）混合状态点C C C C将线段将线段将线段将线段ABABA
18、BAB分为两段，这两分为两段，这两分为两段，这两分为两段，这两段长度之比，等于参与混合的两种空气质量的反段长度之比，等于参与混合的两种空气质量的反段长度之比，等于参与混合的两种空气质量的反段长度之比，等于参与混合的两种空气质量的反比，且混合点靠近质量大的空气一端：比，且混合点靠近质量大的空气一端：比，且混合点靠近质量大的空气一端：比，且混合点靠近质量大的空气一端： G G G GA A A A/ / / /G G G GB B B B= = = =（i i i iC C C C- - - - i i i iB B B B）/ / / /（i i i iA A A A- - - - i i i
19、iC C C C） = = = =（d d d dC C C C- - - - d d d dB B B B）/ / / /（d d d dA A A A- - - - d d d dC C C C） = = = =CB/ACCB/ACCB/ACCB/AC减少焓减少焓减少焓减少焓 d4.19td4.19td4.19td4.19tc c c c进入结雾区进入结雾区进入结雾区进入结雾区如何变化如何变化如何变化如何变化？进入结雾区如何变化？ 两种空气混合，若混合点处于“结雾区”，则此种状态空气是饱和空气加水雾，是一种不稳定状态。假定饱和空气状态为D，则混合点C的焓值应为D的焓值与水雾的焓值之和，即：
20、nD三、焓湿图的应用4、利用i-d图进行空调过程分析n空调设备过程表达n空调系统过程表达n空调过程分析 n已知一台柜式空调机送风量为已知一台柜式空调机送风量为6000m3/h，回风量为，回风量为5000m3/h，回风状态为，回风状态为tN=24，N=60%；新风状态为；新风状态为tW=33.5，tS,W=27.7。新风与回风先。新风与回风先混合再经空调机处理后送风。求空调机的混合再经空调机处理后送风。求空调机的进风参数进风参数hC、tC和和tS,C。 n空调机处理的是新、回风的混合空气，所以空调机的进风空调机处理的是新、回风的混合空气，所以空调机的进风状态就是新、回风的混合状态状态就是新、回风的混合状态C。n从已知的从已知的tN、N和和tW、tS,W可在可在hd图上确定图上确定N、W两状态点，并查得两状态点，并查得hN=52.5kJ/kgDA和和hW=88.7kJ/kgDA。n送风量等于回风和新风量之和，即送风量等于回风和新风量之和，即GWGN=6000m3/h，又，又GN=5000m3/h。 图解法图解法 解析法解析法
