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2.2干湿绝热过程

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化工原理下册课件第5章 干燥(湿空气的湿度图 (焓湿图))

化工原理下册课件第5章 干燥(湿空气的湿度图 (焓湿图))

p
0
二、确定湿空气的状态点 （１）湿空气的干球温度t和湿球温度tw，70，30 ℃(a) （２）湿空气的干球温度t和露点td， 70，20 ℃ (b)
（３）湿空气的干球温度t和相对湿度j，70 ℃,20% (c)
例【5-3】：已知湿空气的总压为101.3kN/m2 , 湿度为 H=0.02 kg水/kg干空气，干球温度为70oC。试用I-H图 求解：
一、求空气的状态参数 若已知湿含量H和焓I，在焓湿图中得到Ａ点 H=0.02kg水/kg干空气，I=120kJ/kg干空气
H：沿等H线
.
I：沿等I线
.A
pv：过A点沿等H线交水
汽分压线
tw
td: 沿等H线，交j＝100 td
％沿等t线
tW：沿等I线，交j＝
100％，沿等t线
== 1= 0 01 %0
(a)水蒸汽分压pv； (b)相对湿度j ； (c)热焓Ｉ； (d)露
点td ；(e)湿球温度tw ；
解 由已知条件：p＝101.3kN/m2， H=0.02 kg水/kg干 空气，t=20o C，在I-H图上定出湿空气的状态点Ａ点。
pv=3kN/m2 , j=10%, I＝122kJ/kg干空气
td=24oC, tw=33o C
5.2.2 湿空气的湿度图 （焓湿图）
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。即确定了H，就可以确定露点温度td 。

(完整版)第5章大气热力学

(完整版)第5章大气热力学
2020/8/18
2 大气中的干绝热过程
气块概念和基本假定 大气中的干绝热过程
干绝热减温率 位温
干绝热上升时露点变化和抬升凝结高度
2 .1 气块的概念和基本假定
气块或空气微团是指宏观上足够小而微观上含有大量分子 的空气团，其内部可包含水汽、液态水或固态水。 气块（微团）模型就是从大气中取一体积微小的空气块 （或空气微团），作为对实际空气块的近似。
2020/8/18
δQ= Cν dT+pdν
其中Cv是定容比热，v是比容 这是热力学第一定律在气象上的应用形式之一，也 称为热流量方程。
2020/8/18
δQ= cν dT+pdν
ν=RT/p
pdν+νdp=RdT
δQ=（cν +R）dT-vdp
δQ=（cν +R）dT- RTdp/p
在等压情况下，dp=0
距离（常取100米）温度下降（或升高）的数值。
Q Ldqs
c pv dT
RT
dp p
Q
dp dpe g dz
p pe
Rd Te
c pd dT
T Te
gdz
Ldqs
c pv dT
RT
dp p
Ldqs
取c pv c pd
T 1 Te
s
dT dz
g c pd
L c pd
dqs dz
123(T0
Td 0 )(m)
即 Zc≈123（T0-Td0）米
(T0-Td0):地面的温度露点差； 即估算抬升凝结高度Zc是从T0按干绝热上升，与从 Td0按等饱和比湿线上升，两线的交点。 有时误差很大
2020/8/18
3 饱和湿空气的绝热过程

大气科学概论：第6章2大气热力学—2节干绝热过程

大气科学概论：第6章2大气热力学—2节干绝热过程
e dz p dz
水汽压 e 所对应的饱和温度为露点 Td ，
克拉柏龙——克劳修 斯方程改写为
de dTd
LV e RV Td2
dp LV p dT T 2RV
dTd RV Td2
de
LV e
dTd de RV Td2 de de dz LV e dz
p RTv
1 de 1 dp
e dz p dz
第6章 第二节 大气中的干绝热过程
Forced rising and descending by topography (without phase transformation)
地形强迫下气团的干绝热上升冷却、下沉加热
根据热力学第一定律（系统和环境相互体涨做 功）
干绝热过程：指不发生相变的绝热过程。 即气块内的水汽始终未达到饱和的绝热 过程。
未饱和湿空气块在 干绝热上升时，刚 开始凝结的高度称
为抬升凝结高度。
z const
Zc
粗略估计云底的高度
Td 0 T0 T
在干绝热过程中温度递减率:
d
dT dZ
9.8(K
/ km)
露点温度递减率
dTd dz
?
在干绝热过程中，比湿 q const，
q 0.622 e p
ln e ln p c 对 z 微分 1 de 1 dp
气块: 容积宏观微小的气团.
假定: 环境空气处于静力平衡状态 气块内的压强与环境的压强相等 (准静态) 气块与环境绝热
一、干绝热方程
热力学第一定律:
q
CPdT
dP
CPdT
RT P
dP
R:湿空气比气体常数
RT
绝热: CPdT P dP 0

干绝热过程名词解释

干绝热过程名词解释

干绝热是指在没有热量交换的情况下，气体经历等温过程或等熵过程，直到达到最终状态的热力学过程。

在这个过程中，气体的温度保持不变，但其压强和体积会发生改变。

干绝热过程是热力学过程的一种特殊情况，它与湿绝热过程有所不同。

湿绝热过程是指在有水蒸气存在的情况下，液体吸收热量，同时气体的压强、体积和温度也会发生改变的过程。

而干绝热过程则是气体在没有水蒸气存在的条件下进行的热力学过程。

在干绝热中，气体的内能只与温度有关，与体积、压强等因素无关。

因此，干绝热过程可以看作是气体在经历等温过程或者等熵过程的过程中，其体积发生了改变。

这种过程通常用于描述气体在受到外力作用下，其压强和密度发生改变的过程，例如气球膨胀或火箭发射等过程。

干决热过程在实际生活中也有很多应用，例如在制冷技术中，通过将热量从一个物体传递到另一个温度较低的物体，可以实现对热量的利用，从而提高制冷效率。

同时，干绝热也在工业生产中得到了广泛应用，例如在气体压缩、气体膨胀等过程中，通过控制气体的绝热情况可以实现对气体的调节和控制。

大气物理学

大气物理学
推出抬升凝结高度的估算公式为
Td Td 0 h 123(Td Td 0 )(m) 2 (0.98 0.17) 10
注意：有时误差很大。
第三节 大气中的湿绝热过程
定义：大气中有相变发生的绝热过程
一、两种极端情况
1、可逆湿绝热过程
水汽相变所产生的水成物不脱离原气块，始终跟随气块上升或 下降，所释放的潜热也全部保留在气块内部。
g dT dz c pd
∴近似为
dT g d 9.8 /1004 0.98K /100m dz c pd
三、位温
1、定义
气块经过干绝热过程气压变为1000hPa时， 气块所具有的温度。用θ表示，其定义式为
1000 T p

在精度要求不高的计算中常用kd代k计算θ。
1、坐标系
x T , y ln p
2、基本线条 等温线、等压线、等θ线（干绝热线）、 等qs线（等饱和比湿线）、等Θse线（假绝热线）。
等温线：平行于纵坐标的一组等间距（黄色）直线，每隔 1 ℃ 一条线，每隔 10 ℃ 标出温度 数值，其中大字体为摄氏温度 ( ℃ ) ，小字体为绝对温度（ K ）。 等压线：平行于横坐标的一组（黄色）直线，从 1050 百帕到 200 百帕之间，每隔 10 百帕一 条线，图左右两侧每隔 100 百帕标出气压数值。 干绝热线：即等位温线，是一组近似于直线的对数曲线，自图右下方向左上方倾斜的黄色实 线，线上每隔 10 ℃ 标出位温（ q ）数值。当气压值低于 200 百帕时，位温使用括号内数值。
• 对位温定义式求对数，
将x = T, y = ln（1000/p) 代入上式得，
1000 ln ln T k ln p

知识点：湿空气的绝热混合过程PPT.

知识点：湿空气的绝热混合过程PPT.
知识点：湿空气的绝热混合过程
空调工程中，在满足卫生条件的情况下，经常使一部分 空调系统中的循环空气和室外新鲜空气混合后，经过处理再 送入房间，以达到节约能源的目的。 1-1断面的湿空气（参数为1）和2-2断面的湿空气（参数 为2）绝热混合，混合后的湿空气为c-c断面（参数为c）。 根据干空气质量平衡，有 mdryc mdry1 mdry2
根据湿空气的热、湿平衡，有
mdry1h1 mdry 2 h2 mdryc hc
mdry1d1 mdry 2 d 2 mdryc dc
将三式联立求解后得
图1 湿空气的等温加湿过程
知识点：湿空气的绝热混合过程
1 h1 d1 t1 c hc dc tc
h 2 c 1 dc h1 d1 0 hc d2 h2 00% 1 = φ
mdry1
1 2
h2 d2 t2
mdryc
c 2
mdry2
d
图1 湿空气的绝热混合过程 d c d1 d 2 d c
（1）
还可以改写成
知识点：湿空气的绝热混合过程
mdry 2 mdry1 hc h1 d c d1 h2 hc d 2 d c
（2）
式（1）的左边代表h-d图上过程c-1的斜率，右边代表 过程2-c线的斜率。由于过程c-1和过程2-c斜率相同，因此 可以判定混合状态点c在1-2过程线上。并由式（2）可知混 合状态点c将1-2过程线分割时与干空气的质量流量成反比。

湿绝热过程

3.2.2 干空气的热力学第一定律
dQ C P dT RT dP P
式中，dQ为单位质量空气的的热量变化；R为比气体常数；
cp为干空气的定压比热。
3.1 热力学第一定律在大气中的应用
3.2.3 饱和湿空气的热力学第一定律
dQ1 Ldq s Cv dT RT dP P
式中，dQ1为外界给予系统中干空气的热量；L为凝结潜 热量；dqs为水汽凝结量。
3.3.2.2 湿绝热直减率γs
饱和湿空气绝热上升的减温率（单位距离温度的降低值）
dT g L dqs dz c p c p dz
dT s dz
可以证明，γs ＜γd ，因为在湿绝热过程中，水汽凝结释 放潜热使冷却作用变的缓慢。γs 不是常数，而是随气压和
温度变化，其中主要随气温的降低而增大。通常取 γs≈0.6
= 13.85℃－11.925 ℃ = 1.92℃
③背风坡山脚温度 = 1.92℃+1/100m×3000m = 31.92℃
3.5 热力图简介和部分应用
3.5.1 T-lnP图简介 1. 坐标
横坐标为温度，纵坐标为气压的对数值
2. 线条
等温线、等压线、等位温线、假相当位温
线、等饱和比湿线
3.5 热力图简介和部分应用
h 123 （T0 Td 0 )
式中，h为抬升凝结高度；T0、Td0分别为抬升前气块的温度和 露点，一般用地面温度和露点代替。
3.3.2 湿绝热过程和湿绝热直减率
3.3.2.1 湿绝热过程 饱和湿空气在上升的过程中，与外界没有热 量交换的过程叫湿绝热过程。 湿绝热方程可表示 如下：
RT dp L dT dqs cp cP
上式表明：位温是温度T和气压P的函数

02-3.3 空气的绝热变化与大气稳定度-讲义

大气处于不稳定状态；Y越大，越不稳定;
② Y = Yd （ Ym）
大气处于中性状态；
③ Y < Yd （ Ym）
大气处于稳定状态，Y越小，越稳定。 这三
种情况统称为大气垂直稳定度。
0气温的绝热变化与大气稳定度
气温的绝热变化 大气稳定度
0气温的绝热变化
f湿绝热变化
饱和空气在绝热上升或下降过程中，每改变单位距离的温 度
变化称为湿绝热直减率(wet adiabatic lapse rate, WALR), Ym
。其值随气温的降低而增大，随气压的降低而减小。 A水滴和冰晶
ff Yd — Ym
0气温的绝热变化与大气稳定度
A气温的绝热变化 大气稳定度
气温的绝热变化与大气稳定度
0气温的绝热变化与大气稳定度
气温的绝热变化 大气稳定度
0气温的绝热变化
空气在上升、下降的过程中空气不 与外界环境发生热量交换，只有内部内 能发生变化，从而引起空气温度的变化。
/干绝热变化
f湿绝热变化
0气温的绝热变化
干绝热变化
n干空气的绝热变化
干空气在绝热上升(下降)过程中，每改变单位距离的温 度变
0 大气稳定度(Atmosphere stability)
在静力平衡状态的大气中，当空气块受到垂直方向 扰动 后，大气层结（温度和湿度的垂直分布）使它具有 返回
或远离原来平衡位置的趋势和程度称为大气稳定度
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
f未饱和空气作升降运动为例
0 大气稳定度(Atmosphere stability)
① 当Y >Yd （ Ym）
化称为干绝热直减率(dry adiabatic lapse rate, DALR)。

大气科学概论：第6章3大气热力学-3节湿绝热过程


保守的。
T
P0
R / CP
P
se
exp( ws Lv TC pd
)
z
湿湿绝绝热热
Rd
Rd
se
T 1000 CPd P
exp
LV ws CPT
Tse
1000 P
CP
d
假绝热
假相当温度Tse
T
exp
LV ws CPT
1000hPa
Td T
物理意义: 湿空气块干绝热上升达到饱和状态后，假绝热上 升，直到水汽全部凝结，再干绝热下降到 1000hPa 时应具
• 由于绝热和可逆，因此是等熵过程。
• 假绝热：如果在饱和 气块上升过程中，凝 结物一旦形成便全部 从气块中降落，并带 走一些热量，但凝结 的潜热留在气块中。 在气块下沉时，必然 会沿着干绝热过程变 化，无法再回到原来 的状态。
z
假绝热
湿湿绝绝热热
Td T
对于湿绝热过程，可用含液态水饱和气块的等熵
过程进行讨论：
P130 公式6.1.45
(md CPd
mt
Cw )d
ln
T
md
Rd
d
ln
P
d
(
mv Lv T
)
0
除以md
(CPd
wt
Cw )d
ln
T
Rd d
ln
P
d(
ws Lv T
)
0
wt
水物质混合比
wt
mt md
mv mw md
ws 饱和水汽混合比
Cw 液态水的比热
ws
mv md
假绝热 过程
度的Tc,和饱和混合比（与气块初始混合比相同）。

第六章 干绝热过程

抬升凝结高度： LCL （lifting condensation level） ， 也称等 熵凝结高度，饱和气压：pL 饱和温度：TL
表示在热力图上的点（TL， pL）称为气块特征点、或绝 热饱和点、或绝热凝结点。
下沉成云
1、抬升凝结高度的估计
达到 LCL 时，饱和温度和露点的表达式为
或 为露点公式（dewpoint formula）
和
许多有机物，如：乙烷基（C4H10O） 随分子量增大而降低， ≈1.08，蒸发焓低
【例】 水汽标高是饱和水汽压随高度降低到e¡1值时 的高度，求此高度。并由此导出此高度与 LCL 的关系。说明下沉成云时水汽标高与气压标高 的关系，并进一步说明大气和水汽的哪些特性 影响下沉成云，与本章给的下沉成云条件比 较。
3、上升和下沉皆有可能 如果 结合泊松方程 ，令 ，
开始时 p=p1，即 对应 。
r 对 的二次导数为
开始时
对应的相对湿度是最小值，
上升过程或下沉过程都能成云。
总结 和 大小，决定了上升或下沉
成云、或者上升和下沉都能成云。 成云气体：比汽化潜热、气体常数 混合气体：成云气体和干空气组成，热容量比 ，气块初态温度 T1。
若用位势米：
℃/gpkm
（2）露点减温率 e= p/( +)，水汽压随高度降低，则露点随高 度减小。 露点减温率
e=es(Td) ，→ 对 e= p/( +)两边高度求导 ，→ 合并
考虑 C－C 方程
根据泊松方程和减温率
合并
对流层 1.7～1.9℃km1 平均D=1.8℃km1，作为近似值。
第六章 干绝热过程
内容提要 一．方程、物理量 二．刚达饱和：特征量 三．升降成云
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第二节大气中的干绝热过程绝热过程？
系统与外界无热量交换的过程.
干绝热过程？
指没有相变发生的绝热过程。

例如，干空气块升降，未饱和湿空气块的升降过程
2）用于判断气层静力稳定度
五、抬升凝结高度
1、定义：未饱和湿空气块因绝热抬升而达到饱和的高度称为抬升凝结高度（Lifting Condensation Level),简称LCL。

2、求露点随高度变化
LCL处的温度达到露点温度。

分别为：
第三节大气中的湿绝热过程
定义：大气中有相变发生的绝热过程
一、两种极端情况
1、可逆湿绝热过程
2、假绝热过程
注：实际大气的湿绝热过程往往处于以上两者之间
二、湿绝热温度递减率γ
s
湿绝热过程的温度递减率在各种情形之间的差异不大，故用假绝热过程的温度递减率来近似所有湿绝热情形下的温度递减率。

≈(6.3.3)
(6.3.6)
1、定义：
Θse 就是湿空气绝热上升至所含水汽全部凝结脱落，所含潜热全部释放后，再按干绝热过程下降到1000hPa 时气块所具有的温度.
三、假相当位温θse
两边积分，γs : γsc →0；θ:θc →θse
（从凝结高度开始积分）
或者γs : γs →0；θ:θ→θse
（从高于凝结高度的任意高度开始积分）
ln v s pd L r d d c T θ⎛⎞−=⎜⎟⎝⎠
exp v sc se c pd c L r c T θθ⎛⎞=⋅⎜⎟⎜⎟⎝⎠
exp (6.3.8)v s se pd L r c T θθ⎛⎞=⋅−−⎜⎟⎜⎟⎝⎠
或
¾在饱和气层中若减温率Γ=
γs ，则该层内假相当位温θse 是一个常数。

¾假相当位温在干、湿绝热过程中均是保守的。

由于假相当位温的保守性，天气学上常用它作气团和锋面的分析。

欧美国家习惯使用相当位温θe ，其定义为：
)exp(T
c q L p s v e θθ=)(Γ−≈∂∂s se se T
z γθθ
图6.2 全球纬向平均(a)温度; (b)位温; (c)相当位温（引自Peixoto和Oort，1992）
五、焚风效应
定义：气流过山后在背风坡所形成的干热风。

成因详见139页。