第二节湿空气的性质和湿度图.docx
- 文档编号:552053
- 上传时间:2022-10-11
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:116.71KB
第二节湿空气的性质和湿度图.docx
《第二节湿空气的性质和湿度图.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第二节湿空气的性质和湿度图.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
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
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第二 湿空气 性质 湿度