pw小ps越多,表明湿空气接受水蒸汽的能力越大,可用两者的比值来表示湿空气继续接受水分的能力,称为相对湿度,用Φ表示
Φ=pw/ps(13-2-2)
由上式得
pw=Φps (13-2-2a)
于是式(13-2-1)又可表为
H=0.622 (13-2-3)
当湿空气达到饱和时,相对湿度等于1,此时的H记为Hs,则有
HS=0.622 (13-2-4)
三.比热cH
cH=ca+cwH=1.01+1.88H (13-2-5)
cH的单位为kJ/(kg干空气.◦C)。
四.焓I
I=Ia+HIw (13-2-6)
焓的单位为kJ/kg干气。
对于空气,焓的计算以0゜C 的空气为基准;对于水蒸汽,焓的计算以0゜C 的液体水为基准,则有
Ia=cat=1.01t (13-2-7)
Iv=cvt+r0=1.88t+2492 (13-2-8)
将上两式代入式(13-2-6)并整理得
I=(1.01+1.88H)t+2492H (13-2-9)
五. 比容vH
vH=va+vwH=
= (13-2-10)
比容的单位是m3/kg干气。
六. 干球温度t
即为用温度计测得的空气温度,称其为干球温度是为了与后述的湿球温度相区别。
七. 湿球温度tw
据湿球温度计原理说明湿球温度的概念。
tw由空气的温度t和湿度H所决定,t一定时,H越大,则湿沙布向空气主体的传质推动力就越小,水分汽化扩散所造成的温度降就越小,tw与t越接近。
当空气的H达到与HS相同时,湿沙布就不向空气主体传质,此时tw=t。
而对于相同的H,显然越高,tw也越高。
下面导出tw与t和H之间的关系:
空气向湿沙布的传热速率
q=α(t-tw)kJ/m2.s(13-2-11)
湿沙布向空气的传质速率
Gw=kH(Hw-H) kg/m2.s(13-2-12)
对于稳定传热传质过程而言,有
q=Gwrw=kH(Hw-H)rw=α(t-tw)
整理得
(13-2-13)
对于空气-水物系,在绝热条件下,当空气的速度在3.8-10.2m/s范围内时有
于是上式可写成
(13-2-14)
八. 绝热饱和温度tas
以空气在增湿塔(见图13-2)中的增湿过程为例说明绝热饱和温度的概念。
在绝热条件下空气的增湿过程为等焓过程。
没塔内某截面的湿空气的温度和湿度分别为t和H,塔顶空气已达到饱和状态,其温度和湿度分别为tas和Has,由热量衡算得
图13-2空气增湿塔绝热饱和过程
cH(t-tas)=(Has-H)ras(13-2-15)
整理止式得
(13-2-15a)
将上式与式(13-2-14)比较可知,对于H和t相同的空气,tw和tas相等。
这个结论很有用,由于tas测定较不便,对于空气-水物系,可以采用测定tw来代替tas。
必须注意,这个结论不适用于其它物系。
九. 露点td
将湿空气在H不变的情况下进行冷却,直到有水珠冷凝出来,也即空气达到饱和时的温度称为露点,用表示td。
补充例题13-1 已知湿空气总压为101.3kPa,温度t=30゜C,湿度H=0.024kg水汽/kg干气,求湿空气的水汽分压、相对湿度、露点、绝热饱和温度和焓。
解:
(1)求pw,由
H=0.622pw/(P-pw)得 0.024=0.622pw/(101.3-pw)
解得pw=3.763kPa
(2)求Φ,查t=30゜C下水的饱和蒸汽压ps=4.24kPa,则
Φ=(pw/ps)×100%=(3.763/4.24)×100%=89%
(3)求td,在H不变的情况下将空气冷却直到空气处于饱和状态,此时pw成为饱和蒸汽压pd,其相应的温度为27.5゜C,这个温度即为露点td。
(4)求tas,需采用试差法进行求解。
初设tas‘=28.4゜C,查得ps=3.87kPa,ras=2490kJ/kg,
Has=0.622ps/(P-ps)=0.0247kg水汽/kg干气
cH=1.01+1.88H=1.01+1.88×0.024=1.055kJ/kg
tas=t-(ras/cH)(Has-H)=30-(2490/1.055)(0.0247-0.024)
=28.35゜Ctas’=28゜C
不再重算。
如初值与终值差别较大则须重算。
(5)求I
I=cHt+2492H=(1.01+1.88×0.024)×30+2492×0.024
=91.4kJ/kg
13-3 空气的湿度图
由计算的方法得到空气的各种性质参数比较麻烦,利用空气的湿度图查取则比较快捷。
湿度图有多种多样的形式,图13-3为常见的一种形式,下面说明图中各种线的意义和绘制方法:
一. 等t线:
所有与纵座标平行的直线都是等t线。
二. 等H线:
所有与横座标平行的直线都是等H线。
三. 等Φ线:
确定一个Φ,例如0.5,然后确定一个温度,例如10゜C,查得该温度下水的饱和蒸汽压为1.23kPa,代入
H=
图13-3 空气湿度图1
于是得到湿度图上的一个点(10,0.0038);同理求得相对湿度为0.5的其它若干温度下的相应的点,将这些点连结成一条光滑曲线即为相对湿度为0.5的等相对湿度线。
同理绘制其它等相对湿度线。
四. 绝热冷却线
由下式知
(13-2-15a)
绝热冷却线是一条近似沿着点(t,H)和点(tas,Has)之间变化的直线,其斜率为-cH/ras。
以绘制tas=40゜C的绝热冷却线为例:
查tas=40゜C下的ras=2401kJ/kg,pas=7375Pa,设取H=0.01kg水汽/kg干气,cH=1.01+1.88H=1.029,代入式(13-15a)求得t=135゜C。
同理求算其它H下的t,如教材P209表13-2所示。
五.等焓线
I=(1.01+1.88H)t+2492H (13-2-9)
设定一个焓值,例如 I=120kJ/kg,代入上式,然后由上式计算每一个t下的对应H值,如表1所示,将这些对应值描在湿度图上得到一系列点,将这些点连结成光滑曲线即为等焓线。
如图13-4所示。
绝热冷却线近似为等焓线,例如表13-2中前三组数据的焓值分别为158.1、159.7、
表1 常压、I=120kJ/kg下的t-H关系
Hkg/kg
0
0.01
0.02
0.03
0.04
tºC
118.8
92.4
67.0
42.4
18.7
图13-4 湿度图2
160.5kJ/kg。
六. 湿比热线
据cH=1.01+1.88H绘制。
七. 干空气比容线
据va=0.773(273+t)/273绘制。
八. 饱和比容线
据vHS=(0.773+1.244HS)(273+t)/273绘制。
13-4 湿度图的应用
一. 由已知参数查未知参数
参见教材例13-4和例13-5。
二. 湿空气状态变化过程的图解表示
1. 加热与冷却过程
●加热过程
加热过程是个等压过程,空气中水汽分压和总压都没有变化,故H也没有变化,因此,加热过程在湿度图中表现为空气的状态点沿着水平线从左向右移动,如图13-5中AB所示。
由图可见,当状态点从A移动到B时,温度升高,焓值增大,相对湿度减小。
●冷却过程图13-5 湿度图的应用
在湿空气达到饱和状态之前,冷却过程是加热过程的逆过程,如图13-5中从C到D的过程。
到达D点后,空气达到了饱和状态,此时开始有水珠出现,再继续降低温度则进入冷凝过程,空气处于饱和状态,状态沿着饱和线变化,如图中从D状态点到E状态点。
过D点之后,空气不再保持湿度不变。
2. 绝热增湿过程
在干燥操作中,如果设备保温良好,没有热损失,则干燥过程是一个绝热增湿过程,过程中空气又被冷却,因此在湿度图中这个过程将沿着绝热冷却线变化。
由于绝热冷却过程近似等同于等焓过程,所以绝热增湿过程也可以视为沿着等焓线温度下降的方向变化。
3. 两股湿空气流的混合
在干燥操作中,离开干燥器的废气因还没有达到饱和状态,其温度也较高,直接排放造成较大的能量损失,所以实际操作中常使部分废气循环使用,废气与新鲜热空气混合为混合干燥气体,这种做法有时还可以改善干燥产品的质量。
设废气的状态点为M,其流量为GC,M(kg干气),湿度为HM,焓为IM,新鲜空气状态点为N,其相应参数分别为GC,