空气与水直接接触时的热湿交换

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1、空调系统根据空气处理设备的集中程度分类，可分为：（集中式空调系统）、（半集中式空调系统）、（分散式空调系统）。

2、在相同大气压和温度下，同容积的湿空气比干空气（轻）。

3、当空气与水直接接触进行热湿交换时，产生显热交换的推动力是（温差），产生质交换对的推动力（水蒸气分压差），产生全热交换的推动力是（焓差）。

4、影响人体热舒适感的因素主要由（温度、湿度、空气的流动速度、物体表面辐射温度、人体活动量、衣着）等。

5、天气从晴转阴，大气压力要（降低），同一地区冬季的大气压要（高于）夏季的大气压。

6、确定夏季空调室外设计参数要采用（夏季室外干球温度）和（夏季室外湿球温度）两个状态参数；确定冬季空调室外设计参数要采用（冬季室外干球温度）和（冬季室外相对湿度）两个状态参数。

7、表面式换热器只能实现（等湿冷却过程）、（等湿加热过程）和（冷却减湿过程）三种空气处理过程。

8、利用循环水喷雾处理空气，在i-d图上可以看做是（等焓加湿）过程，喷蒸汽处理空气，可以看做是（等温加湿）过程，空气通过加热器处理可以看作是（等湿加热）过程。

9、空调系统中常用的送风口有（散流器、百叶、孔板、喷口、旋流送风口）等型式。

10、在太阳与地球间的各种角度中，对到达地面太阳辐射强度影响最大的是（太阳高度角）。

11、空气调节的任务，就是在任何自然情况下，能维持某一特定的空间或房间具有一定的（温度）、（湿度）、（空气的流动速度）和（洁净度）等技术指标。

12、空调房间室内的温度、湿度通常用二组技术指标来规定，被称作（空调基数）和（空调精度）。

13、按负荷室内负荷所用介质种类，空调系统可分为（全空气系统、全水系统、空气-水系统、冷剂系统）。

14、当空调室内热、湿负荷变化时，为了保持室内温、湿度参数不变，常采用调节（再热量）的方法。

15、一次回风定风量调节系统，采用露点送风与采用非露点送风相比，其夏季冷负荷的主要差别在于（再热量），当室内负荷相同时，采用露点送风所需送风量（少）。

空调技术思考题第⼀章1、什么是空⽓？有哪⼏种基本状态？能否相互转化？⼈类赖以⽣存的空⽓环境，通常称为“空⽓”；基本状态：1、⼲饱和蒸⽓（⼲蒸⽓）2、湿饱和蒸⽓（湿蒸⽓）3、过热蒸⽓。

三种状态在⼀定条件下可以相互转化。

2、空⽓中的⽔蒸⽓从何⽽来？含量情况如何？会对什么有影响？来源：1、江河湖海中的⽔的⾃然蒸发；2、⽣物（⼈、动物、植物）⽣理过程产⽣的⽔的蒸发或⽔蒸⽓的直接散发；3、⽣产⼯艺过程中使⽤和产⽣的⽔的蒸发或⽔蒸⽓的直接散发。

含量情况：空⽓中的⽔蒸⽓的含量不是定值，⽽是在⼀定范围内变化的。

影响：1、影响⼈的舒适感甚⾄健康；2、影响某些产品的质量和成品率；3、影响⽣产⼯艺过程；4、影响设备状况；5、影响处理空⽓的能耗。

3、什么是⼲空⽓？其基本性质是什么？从空调的⾓度如何对待？⼲空⽓是指除去空⽓中的⽔蒸⽓后的那部分空⽓，即不含⽔蒸⽓的空⽓。

基本特性：1、在常温常压条件下不发⽣相变，即不会液化也不会凝固；2、组成成分及⽐例不变；3、不可压缩。

如何对待：因为在空⽓处理的过程中，空⽓中的⽔蒸⽓含量变化较⼤，⽽⼲空⽓的成分和数量却保持了相对的稳定，可以作为⼀个整体来对待。

4、⼤⽓压⼒是不是定值？与什么有关？原因是什么？⼤⽓压⼒不是⼀个定值，它与海拔⾼度成反⽐，海拔⾼度越⾼，空⽓越稀薄，⼤⽓压⼒⾃然就越⼩。

⼤⽓压⼒不仅与海拔⾼度有关，还随季节、⽓候艺集空⽓中⽔蒸⽓含量的变化⽽变化。

5、空⽓中的⽔蒸⽓分压⼒是什么压⼒？空⽓中的⼲空⽓分压⼒⼜是什么压⼒？⽔蒸⽓分压⼒是指空⽓中的⽔蒸⽓单独占有空⽓的体积，并具有与空⽓相同的温度时所具有的压⼒。

同理可引出⼲空⽓分压⼒。

6、⼤⽓压⼒与⼲空⽓分压⼒和⽔蒸⽓分压⼒之间是什么关系？⼤⽓压⼒=⼲空⽓分压⼒+⽔蒸⽓分压⼒（Pb=Pg+Pq）7、湿球温度是什么温度？⼲湿球温度计为什么可以测量空⽓的相对湿度？湿球温度是指在⼲湿球温度计中由⽔银球⽤潮湿纱布包裹的湿球温度计所测量的温度。

空气的热湿处理为了使空调房间送风的热、湿度达到要求，在空调系统中必须有相应的热湿处理设备，通过各种处理方法（如对空气的加热或冷却、加湿或减湿），满足所要求的送风状态。

在空调工程中，用喷淋水处理空气得到广泛应用，尤其是对于大型的生产性空调，要求相对温度严格的场合。

喷水室中水和空气直接接触，热湿交换率高；空气被洗涤净化；只要适当改变水温，就能对空气进行加热、加湿或降温、减湿处理。

1、水和空气的热湿交换过程空气与水之间热湿交换规律所谓喷水室处理空气，是用喷嘴将不同温度的水喷成雾状水滴使空气与水之间产生强烈的热、湿交换，从而达到一定的处理效果。

在喷水室中，由于喷嘴的作用布满了无数小水滴。

现取一滴水进行分析，如图1所示。

由于水滴表面的蒸发作用，在水滴表面形成一层空气薄层。

不论是空气中的汽分子，还是水滴表面饱和空气层中的水汽分子，都在作不规则运动，空气中的水分子有的进入饱和空气层中，饱和空气层中的水汽分子有的也跳到空气层中去。

若饱和空气层中水汽压力大于空气中的水汽压力，由饱和空气层跳进空气中的水汽分子，多于由空气跳进饱和空气层中的水汽分子，这就是水分蒸发现象，周围空气被加湿了。

相反，如果周围空气跳到水滴表面饱和空气层中水汽分子，多于从饱和空气层中跳到空气中的水汽分子，这就是水汽凝结现象，空气被干燥了。

这种由于水蒸气压力差产生的蒸发与凝结现象，称为空气与水的湿交换。

图1 空气与水的热湿交换2、空气与水直接接触时的状态变化过当空气流过水滴表面是时，把水滴表面饱和空层的一部份饱和空气吹走。

由于水滴表面水汽分子不断蒸发，又形成新的饱和空气层，这样饱和空气层将不断与流过的空气相混合，使整个空气状态发生变化。

如果喷水量无限大，水和空气接触时间又无限长，则全部空气都能达到饱和状态，并具有水的温度。

在图2中，O表示被处理空气的状态点，当用水喷淋空气时，随着水温不同，可以得到七种典型的空气状态变化过程。

（1）tsh＞tg水温度高于空气的干球温度,过程线为O-1.显然,空气状态变化的程线在等温线索年方,如果在过程线上任取一点表示处理后的空气状态点,可见处理后的空气温度、湿量、焓均增加。

水和空气中热传递的主要方式
水和空气中热传递的主要方式包括以下三种：
1. 热传导：热量通过物质分子之间的直接接触传递。

在水和空气中，热传导主要发生在物质内部，从温度较高的部分向温度较低的部分传递热量。

2. 热对流：流体（如水和空气）中，热传递通过流体的流动来实现。

当流体中存在温度差异时，较热的部分会上升，较冷的部分会下降，形成对流循环，从而实现热的传递。

3. 热辐射：热量通过电磁波的形式传递，不需要介质。

热辐射可以在真空中进行，也可以在空气和水中发生。

物体向周围环境发射电磁波，其他物体接收这些电磁波并吸收其中的热量。

在实际情况中，这三种热传递方式可能同时存在，并且相互影响。

例如，在水的加热过程中，可能同时存在热传导、热对流和热辐射。

空气的热传递也类似，但由于空气的比热容较小，热传导和热对流的作用相对较弱，而热辐射的影响可能相对较大。

需要注意的是，具体的热传递方式和效果会受到多种因素的影响，如温度差、流体的流动情况、物体的表面性质等。

对于特定的热传递问题，需要综合考虑这些因素来准确描述热传递过程。

第一章湿空气的物理性质及其焓湿图教学目的：1. 理解并掌握有关湿空气及描述其物理性质的概念：压力、温度、含湿量、相对湿度、密度（比容）。

2. 掌握湿空气焓湿图的组成，掌握其绘制方法。

3. 掌握湿球温度和露点温度的概念和物理意义。

4. 熟练掌握焓湿图的应用方法：确定空气状态，空气状态变化过程线，空气的各种处理过程在i—d图上的表示，两种状态空气混合过程。

5. 了解空气状态参数的计算法。

重点：湿空气物理性质的描述，焓-湿图的组成，应用其确定空气状态，空气状态变化过程线，空气的各种处理过程在i—d图上的表示，两种状态空气混合过程。

难点：应用焓-湿图确定空气状态，空气状态变化过程线，空气的各种处理过程在i—d图上的表示，两种状态空气混合过程。

第一节湿空气的物理性质一、基本概念１、大气的组成成分：水蒸气、氧气、二氧化碳等。

２、干空气：由各种气体成分组成，空调中视为稳定的混合物。

３、湿空气：由干空气和一定量的水蒸气组成，空调工程中称其为湿空气。

二、理论基础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。

因此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。

三、状态参数在常温常压下，湿空气可视为理想气体。

可以用理想气体状态方程描述其状态参数。

1、湿空气的压力B湿空气的压力即大气压力，B＝P g＋P q (Pa)2、湿空气的密度ρρ＝ρg＋ρq＝P g/RT＋P q /RT＝0.003484B/T-0.00134P q /T一般取ρ =1.2Kg/m33、湿空气的含湿量d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。

d＝ρq/ρg=0.622P q /P g=0.622P q /(B-P q) (Kg/Kga)4、相对湿度ϕ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。

ϕ＝P q /P q,b×100%≈d/d b×100%5、湿空气的焓i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。

试讨论空气与水直接时的状态变化过程。

解：假设当空气与水在一微元面 dA 上接触时，假设空气温度变化为 dt ，含湿量变化为 d(d) 。

（1）显热交换量：（2分）——湿空气的质量流量，kg/s——湿空气与水表面之间的显热交换系数，W/(m 2.℃)（2）湿交换量：（2分）潜热交换量：（2分） ——温度为 t b 时水的汽化潜热，kJ/kg——单位时间单位面积蒸发（凝结）的水量，kg/(m 2.s)（3）总热交换量：对空气——水系统，存在刘易斯关系式： （2分）所以上式（2分）因为：当温度为 t 时，湿空气焓为：当温度为 t b 时，湿空气焓为：：如果忽略水蒸汽从0℃加热到t ℃时的焓，即项，并考虑到 t 和t b 差别不大，所以空气的比热和水的汽化潜热变化不大，即有：所以从（3）式可以得到：（4） —— 麦凯尔方程麦凯尔方程表明：在热质交换同时进行时，如果满足刘伊斯关系式，则总热交换的推动力为空气——主流湿空气与紧靠水面的饱和边界层空气的焓差。

（2分）由于是空气与水之间发生的热质交换，所以不仅空气的状态会发生变化，水的状态也会发生变化。

如果在热质交换中，水的温度变化为 dt w ，则根据热平衡：（5）（2分）——水的质量流量，kg/s——水的定压比热，kJ/(kg.℃)（1）（2）（3）（4）（5）称为空气与水直接接触时的热湿交换基本方程式。

1当流体流过一物体表面，并与表面之间又有热量交换时，同样可用类比关系由传热系数h 计算传质系数hm 。

由式（13）联系式（9）和（10）可以得到：2/3 =Pr (9)H p h J c u ρ∞2/3=(10)m D h J Sc u ∞H D 1 J =J =(13)2f C 2/32/3m St Pr St Sc =2/32/3m m Sc St=St St Le Pr ⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭=即得到（上述方框表示乘号点）对于气体或液体，上式成立的条件是0.6<Sc<2500,0.6<Pr<1001干燥循环吸附空气中水蒸气的吸附剂被称为干燥剂。

《空调⼯程_思考题部分习题答案+空⽓调节习题》2.湿空⽓的⽔蒸⽓分压⼒和⽔蒸⽓饱和分压⼒有什么区别？它们是否受⼤⽓压影响？答：湿空⽓中⽔蒸⽓分压⼒是指在某⼀温度下，⽔蒸⽓独占湿空⽓的体积时所产⽣的压⼒。

⽔蒸⽓分压⼒的⼤⼩反映了空⽓中⽔蒸⽓含量的多少。

当空⽓中⽔蒸⽓含量超过某⼀限量时，多余的⽔⽓会以⽔珠形式析出，此时⽔蒸⽓处于饱和状态。

我们将⼲空⽓与饱和⽔蒸汽的混合物称为饱和湿空⽓，相应于饱和状态下的⽔蒸汽压⼒，称为该温度时的饱和分压⼒。

⽔蒸⽓饱和分压⼒由湿空⽓温度唯⼀决定，⽽不饱和⽔蒸汽分压与⼤⽓压⼒有关，由实际的⼤⽓压决定。

3.绝对湿度、相对湿度和含湿量的物理意义有什么不同？为什么要⽤这三种不同的湿度来表⽰空⽓的含湿情况？它们之间有什么关系？答：湿空⽓的绝对湿度是指每⽴⽅⽶湿空⽓中含有的⽔蒸⽓的质量。

相对湿度就是在某⼀温度下，空⽓的⽔蒸⽓分压⼒与同温度下饱和湿空⽓的⽔蒸⽓分压⼒的⽐值。

含湿量是指对应于1kg⼲空⽓的湿空⽓中所含有的⽔蒸⽓量。

湿空⽓状态的确定，除了常⽤参数外，还必须有描述湿空⽓中⽔蒸⽓含量的参数，通常采⽤绝对湿度、相对湿度和含湿量等参数来说明。

相对湿度和含湿量都是表⽰湿空⽓含有⽔蒸汽多少的参数，但两者意义不同：相对湿度反应湿空⽓接近饱和的程度，却不能表⽰⽔蒸汽的具体含量；含湿量可以表⽰⽔蒸汽的具体含量，但不能表⽰湿空⽓接近饱和的程度。

当湿空⽓的压⼒p⼀定时，湿空⽓的含湿量d取决于湿空⽓的相对湿度。

4.试分析⼈在冬季的室外呼⽓时，为什么看得见是⽩⾊的？冬季室内供暖时，为什么嫌空⽓⼲燥？答：⼈呼出的空⽓的露点温度⼀定，⽽冬季空⽓温度低于其露点温度。

⼈体体温⾼于外界很多时，哈⽓含有体内⽔分，是⽓态的，当呼⽓时，⽓态的⽔从体内出来碰到温度很低的室外温度，⽓态马上因温度降低放热变成液态的⼩⽔珠，就成了看到的⽩⾊雾⽓。

冬季墙体的温度低，可能会使得空⽓结露，使得空⽓的含湿量降低，随着温度的升⾼相对湿度也会降低。

第三章空气处理及其设备思考题1.有哪些空气处理方法?它们各能达到什么处理过程?2.空气与水直接接触时热湿交换刘伊斯关系式存在的条件是什么?为什么?3.空气与水直接接触时,推动显热交换,潜热交换和全热交换的动力是什么?4.空气与水直接接触时能达到哪些处理过程?它们的条件是什么?5.当通过喷水室的风量与设计风量不符时,其处理过程与设计要求的处理过程相比较有什么变化?6.当喷水温度与设计值不符时,其处理过程又有什么变化?7.当喷水量与设计值不符时,其处理过程又有什么变化?8.喷水室的"过水量"会给空气处理带来哪些影响?如果设计中未考虑"过水量",当其它条件不变时将会对室内状态点造成什么影响?9.为什么叉排的冷却器其热交换效果比顺排好?10.怎样联接表面式冷却器的管路才能便于冷量的调节?11.为什么表冷器表面上有凝结水产生时其冷却能力会增大?12.冷却器的冷却效率和通过冷却器空气的质量流速和冷却器的管排数有什么关系?为什么?13.为什么空气冷却器外表面肋化可以有效地改善其冷却能力?14.为什么不能任意增大肋化系数来增强冷却器的冷却能力?15.为什么同一台表冷器,当其它条件相同时,被处理空气的湿球温度愈高其换热能力愈大?16.对同一台表冷器,当其它条件相同时,改变被处理空气量,其冷却能力将如何变化?空气处理过程又如何变化?17.同上,当通过冷却器的冷水量发生变化时,其冷却能力及处理过程如何变化?18.同上,当通过冷却器的冷水初温发生变化时,其冷却能力和处理过程又如何变化?19.为什么用盐水溶液处理空气的方法不如喷水室用得那么广泛?习题3-1 已知通过空气冷却器的风量为5000kg/h,冷却前的空气状态为t=27℃、ϕ=20℃,冷却后的空气状态为t=15℃、ϕ=14℃,试问冷却器吸收了多少热量?3-2 需将t=35℃,ϕ=60%的室外空气处理到t=22℃,ϕ=50%,为此先通过表冷器减湿冷却,再通过加热器加热,如果空气流量是7200m3/h,求(1)除去的水汽量;(2)冷却器的冷却能力;(3)加热器的加热能力。

空气与水直接接触时的热湿交换特点空气与水直接接触时的热湿交换是一种自然界中常见的现象，也是水循环过程中的重要环节之一。

它指的是水分子与空气分子之间通过分子间碰撞而进行的能量和物质的交换过程。

在这个过程中，水分子蒸发进入空气中，空气中的水分子凝结成水滴，同时热量也传递给了空气分子。

空气与水直接接触时的热湿交换具有以下特点：1. 蒸发和凝结：当水分子与空气分子接触时，由于空气中的水分子与水面上的水分子之间的分子运动是不断的，因此水分子会蒸发进入空气中，形成水蒸气。

而当空气中的水蒸气达到一定饱和度时，水分子就会凝结成水滴。

这个过程是一个动态平衡的过程，水分子的蒸发和凝结同时进行。

2. 热量交换：在水分子蒸发和凝结的过程中，热量也会进行交换。

当水分子蒸发时，它会吸收周围空气分子的热量，使得周围环境的温度下降。

而当水分子凝结成水滴时，它会释放出热量，使得周围环境的温度升高。

这种热量的交换是由于水分子与空气分子之间的碰撞而引起的。

3. 湿度调节：空气中的湿度指的是空气中所含水蒸气的含量。

当空气与水直接接触时，水分子蒸发进入空气中，增加了空气中的水蒸气的含量，使得空气的湿度增加。

而当空气中的水蒸气达到一定饱和度时，水分子就会凝结成水滴，减少了空气中的水蒸气的含量，使得空气的湿度降低。

因此，空气与水直接接触时的热湿交换可以调节空气中的湿度。

4. 气体和液体之间的交换：空气与水直接接触时，不仅发生了水分子的蒸发和凝结，还发生了气体和液体之间的交换。

空气中的氧气和二氧化碳可以溶解到水中，而水中的氧气和二氧化碳也可以溶解到空气中。

这种气体和液体之间的交换可以影响水中生物的呼吸和空气中的气体成分。

5. 大气循环的一部分：空气与水直接接触时的热湿交换是大气循环的一部分。

当水分子蒸发进入空气中后，它们会随着空气的运动而被带到不同的地方，形成云和降水。

这种热湿交换是水循环过程中水分子从地面蒸发到大气中，然后再从大气中凝结成云和降水的重要环节。

喷水室内空气与水的热湿交换过程（一）实验目的通过对喷水室中空气和水的热湿交换过程的测试，掌握有关测试仪器的选择和测试方法，加深对空气和水直接接触时的传热传质过程的理解。

（二）实验原理喷水室内空气与水属于直接接触式。

根据水温不同，可能仅发生显热交换，也可能既有显热交换又有潜热交换，即同时伴有质交换(湿交换)。

显热交换是空气与水之间存在温差时，由导热、对流和辐射作用而引起的换热结果。

潜热交换是空气中的水蒸汽凝结(或蒸发)而放出(或吸收)汽化潜热的结果。

总热交换是显热交换和潜热交换的总和。

如图2-3所示，当空气与敞开水面或飞溅水滴表面接触时由于水分子作不规则运动的结果，在贴近水表面处存在一个温度等于水表面温度的饱和空气边界层，而且边界层的水蒸汽分压力取决于水表面温度。

空气与水之间的热湿交换和远离边界层的空气(主体空气) 与边界层内饱和空气间温差及水蒸汽分压力差的大小有关。

图2-3 空气与水的热湿交换如果边界层内空气温度高于主体空气温度，则由边界层向周围空气传热，反之，则由主体空气向边界层传热。

如果边界层内水蒸汽分压力大于主体空气的水蒸汽分压力，则水蒸汽分子将由边界层向主体空气迁移，反之，则水蒸汽分子将由主体空气向边界层迁移。

所谓“蒸发”与“凝结”现象就是这种水蒸汽分子迁移的结果。

在蒸发过程中，边界层中减少了的水蒸汽分子又由水面跃出的水分子补充，在凝结过程中，边界层中过多的水蒸汽分子将回到水面。

如上所述，温差是热交换的推动力，而水蒸汽分压力差则是湿(质)交换的推动力。

当空气与水在一微元面积d F (m 2)上接触时，空气温度变化为d t , 含湿量变化为d(d)，显热交换量将是：W （2-1）式中： ——与水接触的空气量，kg ／s ；α——空气与水表面间显热交换系数，W ／(m 2.℃)；——主体空气和边界层空气温度，℃；()1p b d x d d Q GC t t t F α==-d G b t t 、——空气的定压比热，kJ ／(kg.℃)。