湿空气的物理性质及其焓湿图.docx

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湿空气的物理性质及其焓湿图

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＝Pg＋Pq（Pa）

2、湿空气的密度

＝g＋q＝Pg/RT＋Pq/RT

＝0.003484B/T-0.00134Pq/T

一般取=1.2Kg/m3

3、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＝q/g=0.622Pq/Pg=0.622Pq/（B-Pq）（Kg/Kga）

4、相对湿度

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。

＝Pq/Pq,b×100%d/db×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。

i＝1.01t+（2500+1.84t）d/1000（KJ/Kga）

以上各式构成了湿空气特性的主要方程组,应牢固掌握。

第二节湿空气的焓湿图

在空气调节中，经常需要确定湿空气的状态及其变化过程。

确定方法有：

按公式计算；查表；查焓湿图。

焓湿图的作用有：

简化计算；直观描述湿空气状态变化过程。

湿空气的状态参数中，t，B，d为独立变量，其他为演变参数。

常用的湿空气性质图是以i与d为坐标的焓湿图，i为纵坐标，d为横坐标，坐标夹角大于135度。

在一定的大气压力下，在选定的坐标比例尺和坐标网格的基础上，绘制出等温线、等相对湿度线、水蒸气分压力标尺及热湿比等即形成焓湿图。

1、等i线及等d线

2、等温线

ｉ＝１．０１ｔ＋（２５００＋１．８４ｔ）ｄ

＝ａ＋ｂｄ

３、水蒸气分压力标尺

P

＝Ｂ·ｄ／（0.６２２＋ｄ）＝ｆ（ｄ）

4、等相对湿度线

P

＝ｆ（ｔ）

P

＝·P

5、热湿比线

＝ｉ／ｄ＝Ｑ／Ｗ（ＫＪ／Ｋｇ）

第三节湿球温度与露点温度

一、湿球温度

1、热力学湿球温度

理论上，湿球温度是指在定压绝热条件下，空气与水直接接触达到稳定热湿平衡时的绝热饱和温度，也称热力学湿球温度。

2、等湿球温度线

在工程上，可以近似认为等焓线即为等湿球温度线。

3、湿球温度计

利用普通水银温度计，将其球部用湿纱布包敷，则成为湿球温度计，纱布纤维的毛细作用，

能从盛水容器内不断地吸水以湿润湿球表面，因此，湿球温度计所指示的温度值实际上是球表面水的温度。

二、露点温度

在含湿量不变的条件下，湿空气达到饱和时的温度，称为露点温度。

第四节焓湿图的应用

一、湿空气状态变化过程在焓湿图上的表示

1、湿空气的加热过程

利用热水、蒸汽及电能等热源，通过热表面对湿空气加热，则其温度增高而含湿量不变。

AB，＝＋。

2、湿空气的等湿冷却过程

利用冷媒通过金属等表面对湿空气冷却，在冷表面温度等于或大于湿空气的露点温度时，空气中的水蒸气不会凝结，因此其含湿量不变而温度降低。

AC，＝－。

3、湿空气的等焓加湿过程

利用定量的水通过喷洒与一定状态的空气长时间直接接触，则水及其表面的饱和空气层的温度等于湿空气的湿球温度。

因此，此时空气状态的变化过程（AE）近似于等焓过程，

＝4．19ts。

4、湿空气的等焓加湿过程

利用固体吸湿剂干燥空气时，湿空气的部分水蒸气在吸湿剂的微孔表面上凝结，湿空气含湿量降低，温度升高，其过程（AD）近似于等焓降湿过程。

5、湿空气的等温加湿过程

向空气中喷干蒸汽，其热湿比＝iq＝2500＋1.84tq，对于低压蒸汽2500＋1.84t，即该过程近似于等温加湿过程。

6、湿空气的冷却去湿过程

使湿空气与低于其露点温度的冷表面接触，则湿空气不仅降温而且脱水，因此可实现冷却干燥过程（AG）。

第二章空气的热湿处理

教学目的：

1.了解空气热湿处理的途径。

2.了解用喷水室处理空气的方式、特点及系统组成，熟悉其处理过程在焓湿图上的表达。

3.熟悉用表面式换热器处理空气的方式、特点及系统组成。

4.了解空气的其他热湿处理方法、特点：

各种加热、冷却、加湿、减湿处理过程，相关设备及系统组成和特点，了解其在实际工程中的适用性。

重点、难点：

各种加热、冷却、加湿、减湿处理过

第一节空气热湿处理的途径及使用设备的类型

一、

空气热湿处理的各种途径

在I-D图上分析可知，在空调系统中，为得到同一送风状态点可以有不同的空气处理途径。

以完全使用室外新风的空调系统为例，将室外空气处理到送风状态点的方案如图。

夏季处理方案有三种，冬季有五种。

各种方案是由简单的空气处理过程组合而成。

由此可见，可以通过不同的途径，即采用不同的空气处理方案而得到同一种送风状态。

至于究竟采用哪种途径，则须结合各种空气处理方案及使用设备的特点，经过分析比较才能最后确定。

二、空气热湿处理设备的类型

1、热湿交换设备：

通过介质与空气进行热湿交换

（1）介质：

水，水蒸汽，液体吸湿剂，制冷剂

（2）类型：

A、直接接触式：

喷水室，蒸汽加湿器，局部加湿器，液体吸湿装置。

B、表面式：

空气加热器，空气冷却器。

C、混合式：

淋水表冷器。

1、其他热湿处理设备：

电加热器，固体吸湿装置。

第二节空气与水直接接触时的热湿交换

一、空气与水直接接触时的热湿交换原理

空气通过敞开的水表面或将水喷到空气中，水就与空气发生热湿交换，总热交换=显热交换+潜热交换。

显热交换：

温差导热、对流、辐射；

潜热交换（质交换、湿交换）：

水蒸汽压力差凝结、蒸发。

图3—2空气与水的热、湿交换

（a）敞开的水面（b）飞溅的水滴

质交换以层流分子扩散（水表面饱和空气层）和紊流脉动扩散（饱和空气层空气）两种形式进行，形成对流质交换。

当空气与水在一微元面积df上接触时，空气温度变化为dt，含湿量变化为d（d），空气与水之间发生热湿交换：

显热交换：

dQX=Gcpdt=（t-tb）df

湿交换：

dW=Gd（d）=（Pq-Pqb）df=（d-db）df

潜热交换：

dQq=rdW=r（d-db）df

总热交换：

dQz=dQx+dQq=[（t-tb）+r（d-db）]df

若水温变化为dtw，则总热交换量为：

dQz=Wcdtw

在稳定工况下，空气与水之间热交换量是平衡的。

二、空气与水直接接触时的状态变化过程

空气与水直接接触时，水表面形成的饱和空气边界层与主流空气之间通过分子扩散和紊流扩散，使边界层的饱和空气与主流空气不断混掺，从而使主流空气状态发生变化。

因此，空气与水的热湿交换过程可以视为主流空气与边界层空气不断混合的过程。

三、热、湿交换的相互影响及同时进行的热湿传递过程

1、刘伊斯关系式的推导

对于绝热加湿过程，在dF接触面上，空气传给水面的显热量等于水面水分蒸发所需

要的潜热量：

（t-tb）df=r（d-db）df

db=/r（t-tb）

对于Gkg/s的湿空气本身而言,空气失去的显热等于水分带来的潜热：

Gr（d-db）=Gcp（t-tb）

db=cp/r（t-tb）

由上可得：

/=cp，此即为刘伊斯关系式，它表明对流热交换系数与对流质交换

系数之比为常数。

2、适用条件与适用过程

质交换的Sc=热交换的Pr

质交换的Sh=热交换的Nu

适用过程：

绝热加湿，冷却干燥，等温加湿，加热加湿等。

3、总热交换

dQz=dQx+dQq=[（t-tb）+r（d-db）]df=[cp（t-tb）+r（d-db）]df

考虑水分蒸发或凝结时的水的液体热的转移，令：

cp=1.01+1.84d，r=iq=2501+1.84tb

代入上式得：

dQz=（I-Ib）df

第三节用喷水室处理空气

一、喷水室的构造和类型

1、构造

（1）喷嘴：

使水流雾化

（2）排管：

布置喷嘴，一~四排

（3）挡水板（前、后）：

前：

均流与挡水，后：

分离水滴与空气，减少过水量

（4）外壳

（5）底池

（6）管道系统：

供水管，循环水管，溢流管，补水管，泄水管

（7）水泵

2、类型

（1）卧式，立式

（2）单级，双级

（3）低速，高速

（4）带填料

二、喷水室的喷水室的热工计算方法

喷水室的热工计算方法主要分两类，一类基于热质交换系数，另一类基于热交换效率。

本文主要介绍第二种方法。

用热交换效率表示喷水室的实际处理过程与理想过程的接近程度，并用来评价喷水室的热工性能。

1、全热交换效率E

对于绝热加湿过程：

2、通用热交换效率E`

3、影响热交换效果的因数

E=f（v，，structure，ts1，tw1）

（1）空气质量流速的影响

v=G/3600f，v、E、E`（P）

v=2.5~3.5kg/（m2s）

（2）喷水系数的影响

=W/G（kgw/kga）

E、E`（水泵耗能）

（3）喷水室结构特性的影响

喷嘴排数：

一~三排

喷嘴密度：

水苗叠加，空气旁通，

喷水方向：

对垂直排管，单排逆喷，双排对喷，三排一顺二逆，对水平排管，垂直上喷。

排管间距：

对垂直排管，600MM；对水平排管，上密下疏

喷嘴孔径：

d水滴细E（易堵）

（4）空气与水的初参数的影响

空气与水的初参数决定了喷水室内热湿交换推动力的方向和大小。

第四节用表面式换热器处理空气

一、表面式换热器的构造与安装

（一）表面式换热器的构造

1、结构：

肋管式换热器

2、材料：

管：

钢，铜，铝；肋片：

铜，铝

3、类型：

绕片管（SRZ加热管，JW表冷器），串片管，轧片管（表冷器）

（二）表面式换热器的安装

1、安装方式：

垂直安装；水平安装；倾斜安装

2、多台使用方式（串、并联）：

串联加大焓差，并联增大风量；应注意换热器与管路的并、串关系。

3、配件：

截止阀，泄水排污阀，旁通管，压力表、温度计

二、表面式换热器的传热性能

第三章空气调节系统

教学目的：

1.了解空调系统的分类方法。

2.熟练掌握新风量的确定方法和空气量的平衡计算。

3.熟悉普通集中式空调系统（一次、二次回风空调系统）的组成、特点，掌握该系统空调方案的确定、计算及在焓湿图上的表达方法。

4.了解变风量空调系统的原理和设备组成，了解变风量空调系统的分类和特点，了解变风量空调系统的几种主要