第二节湿空气的性质和湿度图.docx
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第二节湿空气的性质和湿度图
第二节湿空气的性质和湿度图
湿空气是绝干空气和水气的混合物。
对流干燥操作中，常采用一定温度的不饱和空气作为干燥介质，因此首先讨论湿空气的性质。
由于在干燥过程中，湿空气中水气的含量不断增加，而绝干空气质量不变，因此湿空气的许多相关性质常以1kg绝干空气为基准。
7-2-1湿空气的性质
一、湿空气中水分含量的表示方法
1.水气分压p干燥操作压力一定时，湿空气的总压pt与水气分压p和绝干空气分压
pg关系如下：
pt=p+pg
当操作压力较低时，可将湿空气视为理想气体，根据道尔顿分压定律:
（7-1）
p_nv
Pgng
式中nv湿空气中水气的摩尔数；
ng湿空气中绝干空气的摩尔数。
•湿度H又称湿含量，其定义为单位质量绝干空气所带有的水气质量，即
式中H湿空气的湿度，kg水气/kg绝干空气；
Mv——水气的摩尔质量，kg/kmol;
Mg——绝干空气的摩尔质量，kg/kmol。
（7-3）
ps时，表明湿空气呈饱和状态，此
（7-4）
常压下湿空气可视为理想气体，根据道尔顿分压定律:
H=0.622—
Pt一P
可见湿度是总压pt和水气分压p的函数。
当空气中的水气分压等于同温度下水的饱和蒸气压
时湿空气的湿度称为饱和湿度H,即
Hs=0.622—p^-
ptMs
式中H湿空气的饱和湿度，kg水气/kg绝干空气；
ps空气温度下水的饱和蒸气压，kPa或Pa。
3•相对湿度」在一定温度和总压下，湿空气中的水气分压p与同温度下水的饱和蒸
气压ps之比的百分数，称为相对湿度，以「表示：
=p100%（7-5）
Ps
当p=0时，：
=0,此时湿空气中不含水分，为绝干空气；当p=ps时，「=1,此时湿空
气为饱和空气，水气分压达到最高值，这种湿空气不能用作干燥介质。
相对湿度值愈小,
表明湿空气吸收水分的能力愈强。
可见，相对湿度可用来判断干燥过程能否进行，以及湿空气的吸湿能力，而湿度只表明湿空气中水气含量，不能表明湿空气吸湿能力的强弱。
.口.
冋
CH=Cg+CvH
（――湿空气的比热容，
Cg
绝干空气的比热容，
Cv水气的比热容，
在273K〜393K的温度范围内，绝干空气和水气的平均定压比热容分别为Cg=1.01kJ/（kg
绝干空气「C）和Cv=1.88kJ/（kg水气・C），贝U
（7-8）
ch=1.01+1.88H
可见，湿空气的比热容只是湿度的函数。
2.湿空气的焓I湿空气中1kg绝干空气及其所带有的Hkg水气的焓之和，称为湿空
气的焓，以I表示。
（7-9）
I=Ig+IvH
式中I
湿空气的焓，kJ/kg绝干空气；
Ig――绝干空气的焓，kJ/kg绝干空气；
Iv——水气的焓，kJ/kg水气。
本章取0C时绝干空气和液态水的焓为基准，
Ig=Cgt=1.01t
I=Cgt+r0H+CvtH
（7-10）
=（Cg+CvH）t+r°H
7-10，有
将Cg、Cv及r0=2490kJ/kg代入式
（7-11）
I=（1.01+1.88Ht+2490H
t、湿度H的增加而增大。
可见，湿空气的焓随空气的温度
三、湿空气的比容
湿空气的比容又称湿体积，比体积，它表示1kg绝干空气和其所带有的Hkg水气的体积
之和，用Vh表示。
m3湿空气
v
H1kg绝干空气
常压下，温度为t的湿空气比容计算如下：
绝干空气的比容Vg：
（7-12）
22.41^273t+273
Vg0.773
29273273
水气的比容VV：
（7-13）
22.41/+273t+273
v1.244
18273273
0C时水的气化潜热为ro=249OkJ/kg，则
Iv=roH+CvtH
湿空气的比容vh：
vH二VgV/h0.7731.244H，第（7-14）
式中Vh湿空气比容，m3/kg绝干空气；
Vg绝干空气比容，m*/kg绝干空气；
3
Vv水气的比容，m/kg水气。
四、湿空气的温度
1•干球温度t干球温度是湿空气的真实温度，可用普通温度计测得。
2.露点td不饱和湿空气在总压pt和湿度H—定的情况下进行冷却、降温，直至水气达到饱和状态，即H=HS,「=1,此时的温度称为露点，用td表示。
根据式7-4:
psHs=0.622s—
Pt—Ps
可见，在一定总压下，只要测出露点温度td,便可从手册中查得此温度下对应的饱和蒸
气压Ps，从而根据式（7-4）求得空气的湿度。
反之若已知空气的湿度，可根据式（7-4）求
得饱和蒸气压ps，再从水蒸气表中查出相应的温度，即为td。
3•湿球温度普通温度计的感温球用湿纱布包裹，纱布下端浸在水中，使纱布一直处
于湿润状态，这种温度计称为湿球温度计，见图7-3所示。
湿球温度计在空气中达到的稳定
或平衡的温度称为该空气的湿球温度，用tw表示。
湿球温度计测温原理如下：
t相同，空气与湿纱布上的水之间
图7-3湿球温度的测量
将湿球温度计置于温度为t、湿度为H的不饱和空气流中（流速通常大于5m/s,以保证对流传热），假定开始时湿纱布上的水温与湿空气的温度没有热量传递。
由于湿纱布表面空气的湿度大于空气主体的湿度H,因此纱布表面的水分气化到空气中。
此时气化水分所需的潜热只能由水分本身温度下降放出的显热供给，因此，湿纱布上的水温下降，与空气之间产生了温度差，引起对流传热。
当空气向湿纱布传递的热量正好等于湿纱布表面水气化所需热量时，过程达到动态平衡，此时湿纱布的水温不再下降，而达到一个稳定的温度。
这个稳定温度，就是该空气状态（温度t，湿度H下空气的湿球温度two
湿球温度tw是湿纱布上水的温度，它由流过湿纱布的大量空气的温度t和湿度H所决定。
当空气的温度t一定时，若其湿度H越大，则湿球温度tw也越高；对于饱和湿空气，则湿球温度与干球温度以及露点三者相等。
的状态参数。
当湿球温度达到稳定时，从空气向湿球表面的对流传热速率为
Q=aS（t-tw）（7-15）
式中Q空气向湿纱布的传热速率，W
a――空气主体与湿纱布表面之间的对流传热系数，W/（m•C）；
S湿球表面积，mi；
t,tw――空气的干、湿球温度，C。
同时，湿球表面的水气向空气主体的传质速率为
（7-16）
N=kHS（Hv-H）
式中N传质速率，kg水/s;
2
kH以湿度差为推动力的对流传质系数，kg水/（m•s•△H）；
HW湿球温度tw下空气的饱和湿度，kg水/kg绝干空气。
单位时间内，从空气主体向湿球表面传递的热量Q正好等于湿球表面水气化所需热量,
这部分热量又由水气带回到空气主体中，则
整理得tw=t-kH「WHw-H（7-17）
a
式中rw——湿球温度tw下水的气化潜热，kJ/kg。
实验证明a与kH都与Re的0.8次方成正比，所以a/kH值与流速无关，只与物质性质有关。
对于空气-水系统，a/kH~1.09。
可见，湿球温度是空气的温度和湿度的函数。
在一定压强下，只要测出湿空气的t和tw,就可根据式7-17确定湿度H测湿球温度时，空气的
流速应大于5m/s，以减少热辐射和导热的影响，使测量结果精确。
4•绝热饱和温度tas绝热饱和温度是湿空气经过绝热冷却过程后达到稳态时的温度，用tas表示。
绝热饱和温度的测量见图7-4。
设有温度为t、湿度为H的不饱和空气在绝热饱
和塔内和大量水充分接触，水用泵循环，使塔内水温完全均匀。
若塔与周围环境绝热，则水
向空气中气化所需的潜热，只能由空气温度下降而放出的显热供给，同时水又将这部分热量
带回空气中，因此空气的焓值不变，湿度不断增加。
这一绝热冷却过程，实际上是等焓过程。
绝热冷却过程进行到空气被水气饱和时，空气的温度不再下降，而与循环水的温度相同，
此时的温度称为该空气的绝热饱和温度tas,与之对应的湿度称为绝热饱和湿度，用Has表示。
根据以上分析可知，达到稳定状态时，空气释放出的显热恰好用于水分气化所需的潜热，故
cH（t—tas）=ras（Has—H）
整理得
tas珂-互Has-H（7-18）
CH
式中ras――温度为tas时水的气化潜热，kJ/kg。
由式7-18可知，湿空气（t,H）的绝热饱和温度tas是湿空气在绝热冷却、增湿过程中达到的极限冷却温度，只由该湿空气的t和H决定，tas也是空气的状态参数。
实验测定证明，对空气-水物系，a/kH~Ch,所以可认为tas~tw对有机液体，如乙醇、苯、甲苯、四氯化碳与水的系统，其不饱和气体的tw高于tas。
图7-4绝热饱和冷却塔示意图
1—塔身；2—填料；3—循环泵
湿球温度tw和绝热饱和温度tas都是湿空气的t与H的函数，并且对空气-水物系，二者数值近似相等，但它们分别由两个完全不同的概念求得。
湿球温度tw是大量空气与少量水接触后水的稳定温度；而绝热饱和温度tas是大量水与少量空气接触，空气
达到饱和状态时的稳定温度，与大量水的温度tas相同。
少量水达到湿球温度tw时，空气与
水之间处于热量传递和水气传递的动态平衡状态；而少量空气达到绝热饱和温度tas时，空
气与水的温度相同，处于静态平衡状态。
从以上讨论可知，表示湿空气性质的特征温度，有干球温度t、露点td、湿球温度tw
及绝热饱和温度tas。
对于空气-水物系，tW^tas，并且有下列关系。
不饱和湿空气t>tas（或tW>td
饱和湿空气t=tas（或tW=td（7-19）
【例7-1】已知湿空气的总压pt=101.3kPa，相对湿度:
=0.6，干球温度t=30C。
试
求：
1湿度H；②露点td;③绝热饱和温度；④将上述状况的空气在预热器中加热至100C
所需的热量。
已知空气质量流量为100kg（以绝干空气计）/h;⑤送入预热器的湿空气体积
流量，m/h。
解：
已知pt=101.3kPa,:
=0.6,t=30C。
由饱和水蒸气表查得水在30C时的蒸气压ps=4.25kPa
1湿度H可由式7-4求得：
如S0.6X4.25kg/kg
H=0.622—=0.6220.016kg/kg
Pt-和s101.3-0.6X4.25
2按定义，露点是空气在湿度不变的条件下冷却到饱和时的温度，现已知
P仝Ps=0.64.25=2.55kPa
由水蒸气表查得其对应的温度td=21.4C。
3求绝热饱和温度tas。
按式（7-18）
tas=t—..心/SHas_■H（a）
已知t=30C并已算出H=0.016kg/kg，又Ch=1.01+1.88H=1.01+1.88X0.016=1.04kJ/kg,
而ras、Has是tas的函数，皆为未知，可用试差法求解。
设tas=25C,pas=3.17kPa,出=0.622Pas_0.6223.17=0.02kg/kg,
Pt-Pas101.3—3.17
ras=2434kJ/kg，代入式（a）得tas=30-（2434/1.04）（0.02-0.016）=20.6Cv25C。
可见所设的tas偏高，由此求得的Hs也偏高，重设tas
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