ch13-湿空气-工程热力学课件.ppt

1、 第十三章第十三章 湿空气湿空气 湿空气是什么意思？湿空气是什么意思？含有含有“水蒸气水蒸气”的空气，称为的空气，称为“湿空气湿空气”完全不含水蒸气的空气，称为完全不含水蒸气的空气，称为“干空气干空气”（干空气是否真实存在？沙漠）（干空气是否真实存在？沙漠）一般情况，大气中水蒸气的含量小、一般情况，大气中水蒸气的含量小、变化小，可以近似看作为变化小，可以近似看作为“干空气干空气”。湿空气是湿空气是与与水蒸气水蒸气的混合物。的混合物。湿空气中水蒸气往往处于过热状态。湿空气中水蒸气往往处于过热状态。（图？）（图？）此时，湿空气中的水蒸气含量的多少，此时，湿空气中的水蒸气含量的多少，具有特殊意义。具

2、有特殊意义。空气温度与湿度调节过程、物体的干空气温度与湿度调节过程、物体的干燥过程、冷却水塔中的水冷却过程等。燥过程、冷却水塔中的水冷却过程等。可将气相可将气相混合物混合物视为视为理想气体理想气体混合物；混合物；当蒸汽凝结成液相或固相时，液相或固当蒸汽凝结成液相或固相时，液相或固相中不包含溶解的空气；相中不包含溶解的空气；空气的存在不影响蒸汽与其凝聚相之间空气的存在不影响蒸汽与其凝聚相之间的相平衡。的相平衡。什么叫：什么叫：未饱和空气未饱和空气、饱和空气？饱和空气？未饱和空气，指所含的未饱和空气，指所含的水蒸气处于过热水蒸气处于过热状态；饱和空气则指其中状态；饱和空气则指其中水蒸气处于饱和水蒸

3、气处于饱和。那么，干空气和湿蒸汽组成的湿空气，那么，干空气和湿蒸汽组成的湿空气，有什么特性呢？有什么特性呢？什么叫：什么叫：未饱和空气未饱和空气、饱和空气？饱和空气？未饱和空气，指所含的未饱和空气，指所含的水蒸气处于过热水蒸气处于过热状态；饱和空气则指其中状态；饱和空气则指其中水蒸气处于饱和水蒸气处于饱和。由理想气体分压力定律由理想气体分压力定律1801，道尔顿定律，道尔顿定律)(各组分分压力之和混合气体总压力ippvappp湿空气湿空气总压力总压力干空气干空气分压力分压力水蒸气水蒸气分压力分压力如果是环境大气，则为大气压如果是环境大气，则为大气压pba a干干空气的参数空气的参数v v水水蒸

4、气的参数蒸气的参数s s饱和水蒸气饱和水蒸气参数参数无下标无下标含湿空气（即湿空气）参数含湿空气（即湿空气）参数)(各组分分压力之和混合气体总压力ippvappp湿空气湿空气总压力总压力干空气干空气分压力分压力水蒸气水蒸气分压力分压力如果是环境大气，则为大气压如果是环境大气，则为大气压pba a干干空气的参数空气的参数v v水水蒸气的参数蒸气的参数s s饱和水蒸气饱和水蒸气参数参数无下标无下标含湿空气（即湿空气）参数含湿空气（即湿空气）参数)(各组分分压力之和混合气体总压力ippvappp湿空气湿空气总压力总压力干空气干空气分压力分压力水蒸气水蒸气分压力分压力如果是环境大气，则为大气压如果是环

5、境大气，则为大气压pb还需要介绍几还需要介绍几个重要的参数个重要的参数绝对湿度绝对湿度：单位容积单位容积(1m3)空气（空气（湿空气）中包湿空气）中包含的水蒸气质量含的水蒸气质量(kg)。（亦即水蒸气的密。（亦即水蒸气的密度）度）3,1vkgvmvg vpvR T在一定温度下：在一定温度下：湿空气中水蒸气的分压力愈大，其绝湿空气中水蒸气的分压力愈大，其绝对湿度愈大；对湿度愈大；湿空气中水蒸气的分压力湿空气中水蒸气的分压力不可能超过不可能超过该温度下水蒸气的饱和压力该温度下水蒸气的饱和压力svpp 3,1vkgvmvg vpvR T水蒸气水蒸气达到饱和时达到饱和时，湿空气具有该温，湿空气具有该温

6、度下的最大绝对湿度度下的最大绝对湿度（此时空气为（此时空气为）svpp TRpvgssv,湿空气未达到饱和时，其中水蒸气湿空气未达到饱和时，其中水蒸气的分压力总小于饱和压力，水蒸气处于的分压力总小于饱和压力，水蒸气处于（此时湿空气为未饱和空气）（此时湿空气为未饱和空气）svpp sv 湿空气湿空气的绝对湿度与的绝对湿度与同温度同温度下下饱和空气饱和空气的的绝对湿度之比绝对湿度之比称为称为相对湿度相对湿度vs湿湿(过热过热)空气的绝对湿度空气的绝对湿度饱和空气的绝对湿度饱和空气的绝对湿度vspp(过热过热)水蒸气的分压力水蒸气的分压力水蒸气饱和压力水蒸气饱和压力 湿空气湿空气的绝对湿度与的绝对湿

7、度与同温度同温度下下饱和空饱和空气气的的分压力之比分压力之比称为称为相对湿度相对湿度 的变化范围为的变化范围为 01（0%100%，对对于饱和空气，其相对湿度为于饱和空气，其相对湿度为1或或100%）相对湿度相对湿度 愈小，表明什么？愈小，表明什么？的变化范围为的变化范围为 01（0%100%，对对于饱和空气，其相对湿度为于饱和空气，其相对湿度为1或或100%）相对湿度相对湿度 愈小，表示空气中水蒸愈小，表示空气中水蒸气离饱和状态越远，即越干燥，此时空气离饱和状态越远，即越干燥，此时空气吸收水分的能力越强；反之空气愈潮气吸收水分的能力越强；反之空气愈潮湿，吸湿能力越弱。湿，吸湿能力越弱。相对湿

8、度相对湿度 愈小，表明什么？愈小，表明什么？根据水蒸气的根据水蒸气的理想理想气体状态方程：气体状态方程：vvvvTRp vssR Tpv和湿空气中水蒸气组元的状态方程：和湿空气中水蒸气组元的状态方程：vvvmpVR T到到想气体摩尔想气体摩尔成分成分xv与分压力与分压力pv的关系，相的关系，相对湿度可以表示为：对湿度可以表示为：未饱和空气达到饱和有三种典型途径：未饱和空气达到饱和有三种典型途径：Tsp1 1、温度不变温度不变的情况下，的情况下，水分向空气中蒸发，或水分向空气中蒸发，或定温压缩，蒸汽的分压定温压缩，蒸汽的分压力增加，能达到饱和空力增加，能达到饱和空气状态，如图中定温过气状态，如图

9、中定温过程程A AC C。到饱和时，蒸。到饱和时，蒸汽分压力就是对应此空汽分压力就是对应此空气温度的气温度的饱和蒸汽压力饱和蒸汽压力p ps s。等温等温T2 2、保持湿空气中、保持湿空气中蒸蒸汽分压力汽分压力pv不变，不变，对湿空气降温，也对湿空气降温，也可达到饱和，如图可达到饱和，如图A AB B。B B点的温度点的温度为对应于为对应于p pv v的饱和的饱和温度，称为温度，称为，用用t td d 表示。表示。生活中的实例比比皆是生活中的实例比比皆是等压等压p3 3、在、在绝热条件绝热条件下向下向湿空气加入水分，湿空气加入水分，尽其蒸发，也可使尽其蒸发，也可使空气达到饱和，如空气达到饱和，

10、如图图A AE E。E E点为绝点为绝热饱和状态，相应热饱和状态，相应的温度为的温度为绝热饱和绝热饱和温度温度，用，用T Tw w 表示。表示。绝热绝热sE其它：定容减压，其它：定容减压，多变过程，等等多变过程，等等定容定容v(vkgkgamdm干空气）由于在干燥、吸湿等过程中，载热由于在干燥、吸湿等过程中，载热/湿介质湿介质为干空气（近似），因此，湿空气的一些状态为干空气（近似），因此，湿空气的一些状态参数都是以单位质量的干空气为基准的。参数都是以单位质量的干空气为基准的。定义：定义：1kg干空气所携带的水蒸气质量，称干空气所携带的水蒸气质量，称“含湿量含湿量”:(vvv kgkgaaamM

11、 ndmM n干空气）定义：定义：1kg干空气所携带的水蒸气质量，称干空气所携带的水蒸气质量，称“含湿量含湿量”干空气的摩尔质量干空气的摩尔质量=28.97103kg/mol水蒸气的摩尔质量水蒸气的摩尔质量=18.016103kg/mol由分压力定律可知：理想由分压力定律可知：理想气体混合物中各组元的摩气体混合物中各组元的摩尔数之比，等于其分压力尔数之比，等于其分压力之比之比(vvv kgkgaaamM ndmM n干空气）定义：定义：1kg干空气所携带的水蒸气质量，称干空气所携带的水蒸气质量，称“含湿量含湿量”干空气的摩尔质量干空气的摩尔质量=28.97103kg/mol水蒸气的摩尔质量水蒸

12、气的摩尔质量=18.016103kg/mol由分压力定律可知：理想气由分压力定律可知：理想气体混合物中各组元的摩尔数体混合物中各组元的摩尔数之比，等于其分压力之比之比，等于其分压力之比0.6220.6220.622vvvvsaaavsM ppppdM pppppp在干燥、吸湿等过程中，载热在干燥、吸湿等过程中，载热/湿介质是干空气，湿湿介质是干空气，湿空气的一些状态参数都是以单位质量干空气为基准的。空气的一些状态参数都是以单位质量干空气为基准的。0.6220.6220.622vvvvsaaavsM ppppdM pppppp在总压力在总压力p不变的情况下，不变的情况下，一定的蒸汽分压力对应一定

13、的蒸汽分压力对应着一定的含湿量着一定的含湿量在总压力在总压力p不变的情况不变的情况下，相对湿度愈大，含下，相对湿度愈大，含湿量也愈高。湿量也愈高。(kgkg 干空气）考虑到湿空气中水蒸气的质量常变，而考虑到湿空气中水蒸气的质量常变，而干空气的质量相对稳定，所以，干空气的质量相对稳定，所以，湿空气的湿空气的比焓比焓是也相对于单位质量干空气而言的：是也相对于单位质量干空气而言的：vvaahmhmH aavvavaam hm hHhhdhmm含湿量含湿量经验公式：经验公式：）干空气干空气()86.12501(005.1kgkJdh 1 1 kgkg干空气与干空气与d kgd kg的水蒸气组成的湿空的

14、水蒸气组成的湿空气，其比体积为：气，其比体积为：)(/)1(3干空气干空气kgmPTRdvg 其中：其中：ddRwRigig1461287,详见算例详见算例p345,13-1,-2如果湿空气未饱和，则湿纱布中的水分吸热、如果湿空气未饱和，则湿纱布中的水分吸热、汽化，向空气扩散，同时空气也向湿纱布传热，汽化，向空气扩散，同时空气也向湿纱布传热，达到热平衡。达到热平衡。湿空气的含湿量湿空气的含湿量d越小，汽化越快，吸热越多，越小，汽化越快，吸热越多，湿球温度越低，干湿球温度计的温差越大。湿球温度越低，干湿球温度计的温差越大。测量湿测量湿空气真空气真实温度实温度湿球温度下的汽化潜热湿球温度下的汽化潜

15、热量量湿球温度下的饱和含湿湿球温度下的饱和含湿湿球温度湿球温度其中：其中：wwtswtwtswdtttdttd )(86.1)(005.1w在温度计读出干在温度计读出干/湿球温度计的温差后，湿球温度计的温差后，就可由表格查到对应就可由表格查到对应t的相对湿度值。的相对湿度值。h-d 图由下列图由下列五五种线族组成：种线族组成：100%饱和空气曲线把饱和空气曲线把 h-d 图分成两部图分成两部分，曲线以上为未饱和湿空气，曲线以分，曲线以上为未饱和湿空气，曲线以下无实际意义。下无实际意义。空空气气温温度度蒸蒸汽汽分分压压含湿量含湿量焓焓比体积比体积相对相对湿度湿度1、等、等d 线是一组平行于纵坐标

16、的直线群。线是一组平行于纵坐标的直线群。2、等焓线（等等焓线（等 h 线）线）等等 h 线是一组与横坐标轴成线是一组与横坐标轴成135的直线的直线群。群。等等 h 线亦可看成为定湿球温度线（线亦可看成为定湿球温度线（tw）含湿量含湿量焓焓3 3、等温线（等、等温线（等 t 线）线）可见在可见在 h-d 图上，定图上，定t 线的斜率为正，线的斜率为正，且随且随t 增大斜率增大。增大斜率增大。tchdhtchdthctcvp,vp,ap,)(c 空空气气温温度度4、等相对湿度线（等、等相对湿度线（等 ）定定 线是一组向上凸的曲线群。线是一组向上凸的曲线群。露点露点td 是湿空气冷却到是湿空气冷却到

17、 100%时的温时的温度。因此含湿量度。因此含湿量 d 相同，状态不同的湿相同，状态不同的湿空气具有相同的露点。空气具有相同的露点。相对相对湿度湿度5 5、水蒸气分压力线、水蒸气分压力线dpdpv 622.0)(dfpv 蒸蒸汽汽分分压压 根据其中根据其中2 2个个独立的湿空气参数，可独立的湿空气参数，可在图上确定其它剩余的湿空气参数：在图上确定其它剩余的湿空气参数：wvdttpdht0d加热：加热：1 1 2 2条件特征：条件特征：12hhq0d加热：加热：1 1 2 2湿强tthh,吸,吸能能力力增增冷却：冷却：1 122（ttttd d）吸湿能力减弱吸湿能力减弱,ht条件特征：条件特征：

18、冷却至凝结，冷却至凝结，t=tt=td d（与（与100%100%线相交），出现水滴线相交），出现水滴12hhq 喷水喷水加湿加湿1 1 2 20h 条件特征：条件特征：2121)(hhddhl tdh 0绝热加湿，增加含湿量，水分绝热加湿，增加含湿量，水分蒸发。因与外界绝热，只能由蒸发。因与外界绝热，只能由自身热量供给，故温度降低。自身热量供给，故温度降低。小而不计小而不计小而不计小而不计 喷水喷水加湿加湿1 1 2 22121)(hhddhl tdh 0绝热加湿，增加含湿量，水分绝热加湿，增加含湿量，水分蒸发。因与外界绝热，只能由蒸发。因与外界绝热，只能由自身热量供给，故温度降低。自身热量

19、供给，故温度降低。12hh故，沿等故，沿等焓线变化焓线变化 喷水喷水加湿加湿1 1 2 2 喷蒸汽喷蒸汽加湿加湿1 1 2 2 dhhddhhv)(1212喷蒸汽喷蒸汽喷水蒸气加湿，湿空喷水蒸气加湿，湿空气的焓、含湿量、相气的焓、含湿量、相对湿度均增加。对湿度均增加。湿空气被冷却湿空气被冷却到露点温度，空气到露点温度，空气为饱和状态，继续为饱和状态，继续冷却时将有水蒸气冷却时将有水蒸气凝结析出，达到对凝结析出，达到对湿空气除湿的目的，湿空气除湿的目的，如图如图1-A-21-A-2。冰箱例子冰箱例子32321313ddhhddhh 终态终态3在初态在初态1与与2的连线上的连线上未饱和空气流经湿物

20、料，吸收其水分；为提高吸湿未饱和空气流经湿物料，吸收其水分；为提高吸湿能力，需先加热湿空气。（加热能力，需先加热湿空气。（加热+吸湿），图书例吸湿），图书例图书例图书例利用蒸发冷却，利用蒸发冷却，将热水降温，获将热水降温，获得工业用循环水。得工业用循环水。hd12%65100%温度、湿度与大气压强温度、湿度与大气压强 物理学告诉我们：物理学告诉我们：“大气压的变化跟天气有密切的关大气压的变化跟天气有密切的关系一般地说，晴天的大气压比阴天高，冬天的大气压比夏系一般地说，晴天的大气压比阴天高，冬天的大气压比夏天高天高”对这段叙述可归结为温度、湿度与大气压强的关系对这段叙述可归结为温度、湿度与大气压

21、强的关系问题问题 我们通常所称的大气，就是包围在地球周围的整个空气我们通常所称的大气，就是包围在地球周围的整个空气层它除了含有氮气、氧气及二氧化碳等多种气体外，还含层它除了含有氮气、氧气及二氧化碳等多种气体外，还含有水汽和尘埃我们把含水汽很少（即湿度小）的空气称有水汽和尘埃我们把含水汽很少（即湿度小）的空气称“干空气干空气”，而把含水汽较多（即湿度大）的空气称，而把含水汽较多（即湿度大）的空气称“湿空湿空气气”不要以为不要以为“干干”的东西一定比的东西一定比“湿湿”的东西轻其实，的东西轻其实，干空气的分子量是干空气的分子量是28.96628.966，而水汽的分子量是，而水汽的分子量是18.01

22、618.016，故干，故干空气分子要比水汽分子重在相同状况下，干空气的密度也空气分子要比水汽分子重在相同状况下，干空气的密度也比水汽的密度大水汽的密度仅为干空气密度的比水汽的密度大水汽的密度仅为干空气密度的6262左右左右 应当说，由于大气处于地球周围的一个开放空间，而不存在约束应当说，由于大气处于地球周围的一个开放空间，而不存在约束其运动范围的具体疆界，这就使它跟处于密闭容器中的气体不其运动范围的具体疆界，这就使它跟处于密闭容器中的气体不同对一个盛有空气的密闭容器来说，只要容器中气体未达到饱和同对一个盛有空气的密闭容器来说，只要容器中气体未达到饱和状态，那么，当我们向容器中输入水汽的时候，气

23、体的压强必然会状态，那么，当我们向容器中输入水汽的时候，气体的压强必然会增加而大气的情况则不然当因自然因素或人为因素使某区域中增加而大气的情况则不然当因自然因素或人为因素使某区域中的大气湿度增大时，则该区域中的的大气湿度增大时，则该区域中的“湿空气湿空气”分子（包括空气分子分子（包括空气分子和水汽分子）必然要向周围地区扩散其结果将导致该区域大气中和水汽分子）必然要向周围地区扩散其结果将导致该区域大气中的的“干空气干空气”含量比周围地区小，而水汽含量又比周围地区大所含量比周围地区小，而水汽含量又比周围地区大所以该区域的湿空气密度也就小于其它地区的干空气密度这样，对以该区域的湿空气密度也就小于其它

24、地区的干空气密度这样，对该区域的一个单位底面积的气柱而言，其重量也就小于其它干空气该区域的一个单位底面积的气柱而言，其重量也就小于其它干空气地区同样的气柱这也就告诉我们，大气压随空气湿度的增大而减地区同样的气柱这也就告诉我们，大气压随空气湿度的增大而减小就阴天与晴天而言，实际上也就是阴天的空气湿度比晴天要大，小就阴天与晴天而言，实际上也就是阴天的空气湿度比晴天要大，因而阴天的大气压也就比晴天小因而阴天的大气压也就比晴天小 我们知道，气体分子的我们知道，气体分子的“碰撞碰撞”是产生气体压强的根本原因因是产生气体压强的根本原因因而对大气压随空气湿度而变化的问题，我们也可以由此作出解释，而对大气压随

25、空气湿度而变化的问题，我们也可以由此作出解释，根据气体分子运动的基本理论，气体分子的平均速率：根据气体分子运动的基本理论，气体分子的平均速率：则气体分子的平均动量（仅考虑其大小）则气体分子的平均动量（仅考虑其大小）由此可见，平均质量大的气体分子，其平均动量也大由此可见，平均质量大的气体分子，其平均动量也大（有的文献中所言：（有的文献中所言：“干空气的平均速度也大于湿空干空气的平均速度也大于湿空气气”，是不正确的）而对相同状况下的干空气与湿空，是不正确的）而对相同状况下的干空气与湿空气来说，由于干空气中的气体分子密度及分子的平均质气来说，由于干空气中的气体分子密度及分子的平均质量都比湿空气要大，

26、且干空气分子的平均动量也比湿空量都比湿空气要大，且干空气分子的平均动量也比湿空气大，因而湿度小的干空气压强也就比湿度大的湿空气气大，因而湿度小的干空气压强也就比湿度大的湿空气大大 当我们给盛有空气的密闭容器加热的时候，则其压强当然也会当我们给盛有空气的密闭容器加热的时候，则其压强当然也会增大而对大气来说情况就不同了当某一区域的大气温度因某种增大而对大气来说情况就不同了当某一区域的大气温度因某种因素而升高时，必将引起空气体积的膨胀，空气分子势必要向周围因素而升高时，必将引起空气体积的膨胀，空气分子势必要向周围地区扩散温度高，气体分子固然会运动得快些，这将成为促进压地区扩散温度高，气体分子固然会运

27、动得快些，这将成为促进压强增大的因素但另一方面，随着温度的升高，气体分子便向周围强增大的因素但另一方面，随着温度的升高，气体分子便向周围扩散，则该区域内的气体分子数就要减少，从而形成一个促使压强扩散，则该区域内的气体分子数就要减少，从而形成一个促使压强减小的因素而实际的情况乃是上述两种对立因素共同作用的结减小的因素而实际的情况乃是上述两种对立因素共同作用的结果至于这两种因素中哪个起主要作用，我们不妨来看一看大陆及果至于这两种因素中哪个起主要作用，我们不妨来看一看大陆及海洋上气压随气温变化的实际情况我们说，夏季大陆上气温比海海洋上气压随气温变化的实际情况我们说，夏季大陆上气温比海洋上高，由于大陆

28、上的空气向海洋上扩散，而使大陆上的气压比海洋上高，由于大陆上的空气向海洋上扩散，而使大陆上的气压比海洋上低；冬季大陆气温比海洋上低，由于海洋上空气要向大陆上扩洋上低；冬季大陆气温比海洋上低，由于海洋上空气要向大陆上扩散，又使大陆上气压比海洋上高而由此可见，在温度变化和分子散，又使大陆上气压比海洋上高而由此可见，在温度变化和分子扩散两个因素中，扩散起着主要的、决定性的作用应当指出，这扩散两个因素中，扩散起着主要的、决定性的作用应当指出，这里所说的扩散，是指空气的横向流动因为由空气的纵向流动并不里所说的扩散，是指空气的横向流动因为由空气的纵向流动并不能改变竖直气柱的重量（有的文献把因温度而产生的气

29、压变化说能改变竖直气柱的重量（有的文献把因温度而产生的气压变化说成是空气沉浮的结果，这是不妥的），因而也就不能改变大气的压成是空气沉浮的结果，这是不妥的），因而也就不能改变大气的压强（对重力加速度强（对重力加速度g g因高度变化而产生的影响完全可以忽略）因高度变化而产生的影响完全可以忽略）由于地球上的大气总量是基本上恒定的当一个地区由于地球上的大气总量是基本上恒定的当一个地区的气温增加时，往往伴随着另一个地区温度的降低，这的气温增加时，往往伴随着另一个地区温度的降低，这就为高温处的空气向低温处扩散带来了可能而扩散的就为高温处的空气向低温处扩散带来了可能而扩散的结果常常是高温处的气压比低温处低当

30、我们生活的北结果常常是高温处的气压比低温处低当我们生活的北半球是接受太阳热量最多的盛夏时，南半球却是接受太半球是接受太阳热量最多的盛夏时，南半球却是接受太阳热量最少的严冬这时，由于北半球的空气要向南半阳热量最少的严冬这时，由于北半球的空气要向南半球扩散而使北半球的气压较南半球要低而由于大气总球扩散而使北半球的气压较南半球要低而由于大气总量基本不变，则此时北半球的气压就低于标准大气压，量基本不变，则此时北半球的气压就低于标准大气压，南半球的气压当然也就会高于标准大气压同样，空气南半球的气压当然也就会高于标准大气压同样，空气的反方向扩散又会使北半球冬季的气压高于标准大气的反方向扩散又会使北半球冬季的气压高于标准大气压因而，在北半球，冬季的大气压就会比夏季要压因而，在北半球，冬季的大气压就会比夏季要高当然，大气压的变化是很复杂的，但对科普的说法高当然，大气压的变化是很复杂的，但对科普的说法作上述解释还是可以的作上述解释还是可以的