湿空气的性质与湿度图

Vw——压力P 、温度t下水汽比容。 [m3水/kg水]
其中：
源自文库Vg
22.41 29
273 t 273
1.013105 P
0.773 273 t 1.013105
273
P
（8-17）
Vw
22.41 18
H
273 273
t
1.013 105 P
1.244H 273 t 1.013105
M ana 29na
na
（8-4）
式中： Ma——干空气的摩尔质量，kg/kmol； Mv——水蒸气的摩尔质量，kg/kmol； na——湿空气中干空气的千摩尔数，kmol； nv——湿空气中水蒸汽的千摩尔数，kmol。
2、以分压比表示
H 0.622 pv P pv
式中： pv——水蒸汽分压，N/m2 P——湿空气总压，N/m2
又由于系统与外界无热量交换，水分汽 化所需汽化潜热只能取自空气的显热，于是 气体沿塔上升时，不断地冷却和增湿，若塔 足够高，使得气、液有充足的接触时间，气 体到塔顶后将与液体趋于平衡，达到过程的 极限。
此时，空气已被水分所饱和，液体不再 汽化，气体的温度也不再降低，达到入口气 体在绝热增湿过程的极限温度，其值与水温 tas相同，即为该空气的绝热饱和温度。
计算基准：0℃时干空气与液态水的焓等于零。
I Ig IvH cgt (r0 cvt) H r0H (cg cvH )t 2492H (1.011.88H )t 2492H cHt
（8-15）
式中：
I——温度为t、湿度为H的湿空气的焓值。 [kJ/kg 干气]；
Ig——干空气的焓值。 [kJ/kg干气]；
（8-28）
tw
t
kH rw
Hw
H
（8-29）
—— 湿球温度 tw 定义式 式中： H——空气的湿度，kg水/kg干气；
Hw——湿空气在温度为tw下的饱和湿度， kg水/kg干气；
rw——湿球温度tw下水的汽化热，kJ/kg；
kH——以湿度差为推动力的对流传质系数， kg/（m2s△H)；
α——空气至湿纱布的对流传热系数，W/m2 •℃；
（8-8）
湿度H与总压力P及水汽分压力pv有关。 pv 增大或P减小，则H增大。
3、饱和湿度Hs：
当湿空气中水蒸汽分压 pv 恰好等于同温度 下水蒸汽的饱和蒸汽压 ps时，则表明湿空气达 到饱和，此时的湿度H为饱和湿度Hs。
HS
0.622
ps p ps
（8-9）
式中： ps——同温度下水蒸汽的饱和蒸汽压，N/m2
当φ=1（或100%）， pv = ps：
表示空气已被水蒸汽饱和，不能再吸收水汽， 已无干燥能力。不可作为干燥介质；
当 φ <1时，pv< ps：
湿空气未达饱和，能够再吸收水汽，可作 为干燥介质。
φ愈小，即Pv与Ps差距愈大，表示湿空气偏
离饱和程度愈远，干燥能力愈大。
3、H、φ、t 之间的函数关系：
水分汽化所需潜热，首先取自湿纱布的显热， 使其表面降温，于是在湿纱布表面与气流之间又 形成了温度差，这一温度差将引起空气向湿纱布 传递热量。
空气以对流方式传给水的热量速率 =水分汽化所需的热量
4、计算式：
当单位时间由空气向湿纱布传递的热量恰 好等于单位时间自湿纱布表面汽化水分所需的 热量时，湿纱布表面就达到一稳态温度，即湿 球温度。
cH (t tas ) (H asH )ras （8-31）
或
t as
t ras cH
(H as
H)
（8-32）
式中：
ras ——tas温度下水的汽化潜热，kJ/kg水； Has——空气的绝热饱和湿度，kg水/kg干气； cH ——湿空气的比热， kJ/kg干气• ℃
上式表明，空气的绝热饱和温度tas是空气 湿度H和温度t的函数，是湿空气的状态参数， 也是湿空气的性质。
H 0.622 ps p ps
H f (，t)
（8-12） （8-13）
可见，对水蒸汽分压相同，而温度不同的湿 空气，若温度愈高，则Ps值愈大，φ值愈小，干 燥能力愈大。
湿度 H 只能表示出水汽含量的绝对值，而 相对湿度却能反映出湿空气吸收水汽的能力。
三、湿比热cH： 定义：
在常压下，将1kg干空气和其所带的Hkg水 蒸气的温度升高1℃所需的热量。简称湿热。
273
P
所以：
（8-18）
VH Vg VwH
(0.773 1.244H ) 273 t 101.3103
273
P
m3 / kg干气
（8-19）
当总压力P为一定值时，
VH f (t，H )
（8-20）
t
H
VH
湿比容随其温度和湿度的增加而增大。
另外：湿空气密度
kg湿气 m3湿气
1 H VH
但此值和空气的焓相比很小，可忽略不计， 故绝热饱和过程又可当作等过焓程处理。
6、湿球温度 tw 与绝热饱和温度 tas 的关系：
1）相同点：
（i）湿球温度和绝热饱和温度都不是湿气体本 身的温度，但都和湿气体的温度t和湿度H有关， 且都表达了气体入口状态已确定时与之接触的 液体温度的变化极限。
（ii）对于空气和水的系统，两者在数值上近似 相等。
图8-4 湿球温度计工作原理
5、影响湿球温度tw的三方面因素： 1）物系性质：与α 、 kH有关的物性； 2）空气状态：t、H； 3）流动条件： α/kH ；
6、实验表明：
当流速足够大时，热、质传递均以对流为 主，且kH及α都与空气速度的0.8次幂成正比， 比值α/kH近似为一常数（对水蒸汽与空气的系 统，α/kH=0.96～1.005）。此时，湿球温度tw为 湿空气温度t和湿度H的函数。
注：由于水的饱和蒸汽压只与温度有关，故饱和 湿度是湿空气总压和温度的函数。
二、相对湿度
定义： 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。 1、定义式：
pv 100%
ps
( ps P)
（8-10）
即：
f ( pv，t)
（8-11）
2、意义：
相对湿度表明了湿空气的不饱和程度，反 映湿空气吸收水汽的能力。
tw f (t，H )
（8-30）
当温度t和湿度H一定时，湿球温度tw为定值。
7、讨论：
1）在测量湿球温度时，空气速度一般需大于 5m/s，使对流传热起主要作用，相应减少热 辐射和传导的影响，使测量较为精确。
2）在实际生产中，常常利用干、湿球温度计来 测量空气的湿度。
3）tw ＜t，H增加， tw 接近t ；当φ=1时， tw =t 。
（8-21）
六、露点 td
1、定义：一定压力下，将不饱和空气等湿降温至 饱和，出现第一滴露珠时的温度。
湿度H与露点 td 的关系：
H
HS
0.622
pd P pd
（8-22）
式中： Hs——为露点td时水的饱和湿度；
Pd——为露点td时水的饱和蒸汽压, 也就是该 空气在初始状态下的水蒸汽分压pv ， pv = pd
cH cg cV H
（8-14）
1.011.88H KJ / Kg干空气C
cH f (H )
式中： Cg——干空气比热，其值约为1.01 kJ/kg干空气·℃ Cv——水蒸汽比热, 其值约为1.88 kJ/kg干空气·℃
四、焓I： 湿空气的焓为单位质量干空气的焓和其
所带Hkg水蒸汽的焓之和。
8.2 湿空气的性质与湿度图 8.2.1 湿空气的性质 8.2.2 空气的湿度图及其应用
8.1.1 湿空气的性质
湿空气：含有湿分的空气。 基准：干燥过程中，绝干空气的质量不变。
干燥计算以单位质量绝干空气为基准。
表征空气中所含水分的大小通常用两个 参数：
湿度H 相对湿度φ
一、湿度（湿含量）H
定义：湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气 质量之比。
当t、tas已知时，可用上式来确定空气的 湿度H。
5、特别说明：
绝热饱和过程又可当作等焓过程处理。
在绝热条件下，空气放出的显热全部变为 水分汽化的潜热返回空气中，对于1kg空气来 说，水分汽化的量等于其湿度差（Has－H）， 由于这些水分汽化时，除潜热外，还将温度为 tas的显热也带至气体中。
所以，绝热饱和过程终了时，气体的焓比 原来增加了4.187tas（Has－H）。
湿空气是由水蒸汽和绝干空气构成。
系统总压 P ：
P 湿空气的总压（kN/m2），即P干空气 与P水
之和。干燥过程中系统总压基本上恒定不变。
P pv pg
（8-1）
pv p y
（8-2）
1、定义式
pH2O nH2O p干空气 n干空气
（8-3）
H M vnv 18nv 0.622 nv , kg / kg干空气
比较式：
t as
t ras cH
(H as
H)
tw
t
kH rw
(H w
H)
可以看出 ，当
Iv——水汽的焓值。 [kJ/kg水汽]；
r0——0℃时水的汽化潜热，其值为2492kJ/kg。
讨论：
I f t, H
1×t×cg ：t℃绝干空气的焓； Hr0+cHt：0℃水变成0℃汽再变成t℃汽的焓；
因此，对于温度为t、湿度为H 的湿空气，其 焓值包括由0℃的水变为0℃水汽所需的潜热及湿 空气由0℃生温至t℃所需的显热之和。
此时气体的湿度为tas下的饱和湿度Has。
塔内底部的湿度差和温度差最大，顶部为零。
除非进口气体是饱和湿空气，否则，绝热 饱和温度总是低于气体进口温度，即tas＜t。
由于循环水不断汽化至空气中，所以须向 塔内补充一部分温度为tas的水。
4、计算式：
以单位质量的干空气为基准，在稳态下 对全塔作热量衡算，气体放出的显热=液体汽 化的潜热，即：
湿空气的焓值只与湿空气的湿度及温度有关。
即：
t I
H
五、湿空气比容VH
定义：每单位质量绝干空气与所具有的HKg湿空气 （绝干空气和水蒸汽）的总体积。
VH Vg VwH
（8-16）
式中：
VH——压力P 、温度t下湿空气比容。
[m3湿气/kg干气]
Vg——压力P 、温度t下干空气比容。
[m3干气/kg干气]
3、绝热饱和过程说明：
8.5
图8.5表示了在一绝热良好的增湿塔中，湿 度H和温度t的不饱和空气由塔底引入，水由塔 底经循环泵送往塔顶，喷淋而下；与空气成逆 流接触，然后回到塔底再循环使用。
在该过程中，水量很大，达到稳定后，全 塔的水温相同，设为tas。
气液在逆流接触中，由于空气处于不饱和 状态，水分则不断汽化进入空气。
（8-5）
当湿空气可视为理想气体时，则有：
nv pv pv ng pg P pv
（8-5）
式中：
pv——空气中水蒸汽分压力； pg——干空气分压力；
H 18.02nv 0.622 pv
28.95ng
P pv
（8-6）
即：
H f (P，pv )
（8-7）
当P为一定值时， H f ( pv )
八、湿球温度 tw
1、湿球温度计： 温度计的感温球用纱布包裹，纱布
保持湿润，这支温度计为湿球温度计。
用水
2、湿球温度： 湿球温度计在空气中所达到的平衡或稳定
的温度，以tw表示。
不饱和空气的湿球温度 tw低于干球温度 t 。
图8-3 干湿球温度计
3、过程分析：
当不饱和空气流过湿球表面时，由于湿纱布 表面的饱和蒸汽压大于空气中的水蒸汽分压，在 湿纱布表面和气体之间存在着湿度差，这一湿度 差使湿纱布表面的水分汽化被气流带走；
4）通过测定tw 和t，可测定气体湿度H；
5）表面充分润湿的物料与湿空气接触时，物料 表面温度为湿球温度tw
九、绝热饱和温度tas
1、定义：绝热饱和过程中，气、液两相最终达 到的平衡温度称为绝热饱和温度。
2、绝热饱和过程：
不饱和空气在与外界绝热的条件下和大量 的液体接触，若时间足够长，使传热、传质趋 于平衡，则最终空气被液体蒸汽所饱和，空气 与液体温度相等，此过程称为绝热饱和过程。
当湿球温度计上温度达到稳定时，空气向 棉布表面的传热速率为：
Q A(t tw )
（8-25）
气膜中水汽向空气的传递速率为 ：
N kH A(H w H )
（8-26）
在稳定状态下，传热速率与传质速率之间 关系为 ：
Q N rw
（8-27）
A(t tw ) kH A(Hw H ) rw
2、计算td：
pd
HP 0.622 H
（8-23）
计算得到Pd ，查其相对应的饱和温度，即 为该湿含量H和总压P时的露点td。
3、同样地，由露点td和总压P可确定湿含量H。
H 0.622 pd P pd
（8-24）
七、干球温度t
定义：在空气流中放置一支普通温度计，所测得 空气的温度为t，相对于湿球温度而言，此 温度称为空气的干球温度。