8.2湿空气的性质与湿度图.

8.2湿空气的性质与湿度图8.2.1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，故干燥计算以单位质量绝干空气为基准。

如何表征空气中所含水分的大小？通常用两个参数：湿度、相对湿度。

1.湿度（湿含量）H湿度H是湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比。

（1）定义式式中：M a——干空气的摩尔质量，kg/kmol；M v——水蒸汽的摩尔质量，kg/kmol；——湿空气中干空气的千摩数，kmol；——湿空气中水蒸汽的千摩尔数，kmol。

（2）以分压比表示式中：——水蒸汽分压，N/；P——湿空气总压，N/。

（3）饱和湿度Hs：若湿空气中水蒸汽分压恰好等于该温度下水的饱和蒸汽压Ps，此时的湿度为在该温度下空气的最大湿度,称为饱和湿度，以Hs表示。

p——同温度下水的饱和蒸汽压，N/。

式中：s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。

2.相对湿度φ当总压一定时,湿空气中水蒸汽分压p v与一定总压下空气中水汽分压可能达到的最大值之比的百分数,称为相对湿度。

⑴定义式⑵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。

φ=1（或100%），表示空气已被水蒸汽饱和,不能再吸收水汽，已无干燥能力。

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。

⑶H 、φ、t 之间的函数关系：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。

以上介绍的是表示湿空气中水分含量的两个性质，下面来学习与热量衡算有关的性质。

3.湿比热c H ：定义：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。

kJ/kg 干空气·℃式中：Ca ——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·℃4.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。

计算基准：0℃时干空气与液态水的焓等于零。

t H H t H c c H r H t c r t c I v g v g )88.101.1(2492)()(00++=++=++= kJ/kg 干空气 式中：r 0——0℃时水蒸汽汽化潜热，其值为2492kJ/kg 。

5.湿空气比容υH定义：每单位质量绝干空气中所具有的空气和水蒸汽的总体积。

干气kg m P t H H w g H /103.101273273)244.1773.0(32⨯⨯++=+=υυυ由上式可见,湿比容随其温度和湿度的增加而增大。

6.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。

式中：——为露点时饱和蒸汽压, 也就是该空气在初始状态下的水蒸汽分压p v 。

（2）计算计算得到，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。

（3）同样地，由露点和总压P 可确定湿含量H 。

dd p P p H -=622.0 7.干、湿球温度（1）干球温度：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。

（2）湿球温度：如图所示，用水润湿纱布包裹温度计的感湿球，即成为一湿球温度计。

将它置于一定温度和湿度的流动的空气中，达到稳态时所测得的温度称为空气的湿球温度，以t w表示。

①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，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。

②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。

经推导得：式中：H w——湿空气在温度为t w下的饱和湿度，kg水/kg干气；H——空气的湿度，kg水/kg干气。

③实验表明：当流速足够大时，热、质传递均以对流为主，且k H及α都与空气速度的0.8次幂成正比，一般在气速为3.8～10.2m/s的范围内，比值α/k H近似为一常数(对水蒸汽与空气的系统，α/k H=0.96～1.005)。

此时，湿球温度t w为湿空气温度t和湿度H的函数。

注意：湿球温度不是状态函数；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。

8.绝热饱和温度t as（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。

绝热饱和过程：不饱和气体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，则最终气体被液体蒸汽所饱和，气体与液体温度相等，此过程称为绝热饱和过程。

绝热饱和过程说明：图8.3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t as。

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。

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t相同，即为该空气的绝热饱和温度。

此时气体的湿度为t as下的饱和湿度H as。

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t as＜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t as的水。

（2）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：或上式表明，空气的绝热饱和温度t as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。

当t、t as已知时，可用上式来确定空气的湿度H。

（3）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气体中，对1kg于空气来说，水分汽化的量等于其湿度差（H m－H），由于这些水分汽化时，除潜热外，还将温度为t as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4.187t as（H as －H）。

但此值和气体的焓相比很小，可忽略不计，故绝热饱和过程又可当作等过焓程处理。

（4）湿球温度t w与绝热饱和温度t as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。

比较式)(H H c r t t as H as as --=和式)(H H r k t t w w H w --=α可以看出，当H H c k ≈α时，w as t t =。

前已述及，对空气和水的系统, α/ =0.96～1.005，湿含量H 不大的情况下（一般干燥过程H ＜0.01），=1.01+1.88H=1.01～1.03。

由此可知，对于空气和水的系统，湿球温度可视为等于绝热饱和温度。

但对其它物系，α/ =1.5～2，与c H 相差很大，例如对空气和甲苯系统α/ = 1.8，此时，湿球温度高于绝热饱和温度。

因为在绝热条件下，用湿空气干燥湿物料的过程中，气体温度的变化是趋向于绝热饱和温度t as 的。

如果湿物料足够润湿，则其表面温度也就是湿空气的绝热饱和温度t as ，亦即湿球温度t w ，而湿球温度是很容易测定的，因此湿空气在等焓过程中的其它参数的确定就比较容易了。

②不同点（i ）t as 是由热平衡得出的，是空气的热力学性质；t w 则取决于气、液两相间的动力学因素——传递速率。

（ii ）t as 是大量水与空气接触，最终达到两相平衡时的温度，过程中气体的温度和湿度都是变化的；t w 是少量的水与大量的连续气流接触，传热传质达到稳态时的温度，过程中气体的温度和湿度是不变的。

（iii ）绝热饱和过程中，气、液间的传递推动力由大变小、最终趋近于零；测量湿球温度时，稳定后的气、液间的传递推动力不变。

以上介绍了表示湿空气的四种温度：干球温度t ；湿球温度t w ；绝热饱和温度t as ；露点t d 。

比较之有：不饱和湿空气：t>t w （t as ）>t d饱和湿空气：t ＝t w （t as ）＝t d8.2.2湿空气的湿度图及其应用为了便于计算，将空气各种性质标绘在湿度图中。

湿度图的形式有两种：温度——湿度图（简称：温湿图）、焓——湿度图（简称：焓湿图）。

一般常用的湿度图都是针对一定的总压而绘制的。

如图9.2.3所示为在总压P=101.3kN/ 下绘制的温度——湿度图（低温部分）。

1.湿度图（1）温湿图①等温线②等湿线③绝热饱和(冷却)线④等相对湿度线⑤湿比热线⑥比容线（2）焓湿图①等温线②等湿线③等焓线④等相对湿度线⑤水蒸汽分压线2.湿度图的应用（1）湿空气性质参数的确定湿度图中的任何一点都代表某一确定的湿空气性质和状态，只要依据任意两个独立性质参数，即可在t—H（或I—H）图中找到代表该空气状态的相应点，于是其它性质参数便可由该点查得。

（2）湿空气状态变化过程的图示①加热和冷却：不饱和空气在间壁式换热器中的加热或冷却是一个湿度不变的过程。

如图8.4（a）所示，由A到B表示一加热过程；如图8.4（b）表示一冷却过程。

冷却先是由温度始沿等H线降温，使温度下降至露点，空气达到饱和。

再继续降温，则有冷凝水析出，然后湿空气沿饱和线减湿降温。

②绝热饱和过程：湿空气与水或湿物料的接触传递系统中，若为绝热过程，则如图8.5所示，空气将沿着绝热冷却线AB增湿降温。

如前所述，若忽略蒸发水分在初始状态下的显热，绝热饱和过程可近似认为是一个等焓过程。

③非绝热的增湿过程：在实际干燥过程中，空气的增湿降温过程大多不是等焓的，如有热量补充，则焓值增加，如图8.5中AB'所示的过程；如有热损失，则焓值降低，如图8.5中AB''所示的过程。

④不同温度、湿度的气流的混合过程：如图8.6所示，状态为A和B的两股气流，其温度和湿度分别为、和、，现A与B按m：n（质量）混合。