工程热力学课件 华北电力大学（北京） 动力工程系 工程热物理教研室制作 2005年5月.

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1 工程热力学课件 华北电力大学（北京） 动力工程系 工程热物理教研室制作 2005年5月

2 第十三章 湿空气 —moist air; atmospheric air

3 §13–1 概述 地球上的大气由氮、氧、氩、二氧化碳、水 蒸气及极微量的其他气体所组成。水蒸气以外的
§13–1 概述 地球上的大气由氮、氧、氩、二氧化碳、水 蒸气及极微量的其他气体所组成。水蒸气以外的 所有组成气体称为干空气，看作是不变的整体。 因此，大气是干空气与水蒸气组成的混合气体。 干空气随时间、地理位置、海拔、环境污染 等因素而产生微小的变化，为便于计算，将干空 气标准化。

4 pv < ps(T) 一、未饱和湿空气和饱和湿空气 ps pv 过热蒸汽 水蒸气 饱和蒸汽 干空气 1、未饱和湿空气 ＋ 过热水蒸气

5 未饱和湿空气和饱和湿空气 干空气 ＋ 饱和水蒸气 2、饱和湿空气 ps T pv ＝ ps(T) 温度一定，不能再加入水蒸气 s

6 二.露点—dew point t不变，pv上升，pv=ps(t) 空气达成饱和的途径 pv不变，t下降，t=ts(pv)
的饱和温度，td=ts(pv) 。 6

7 分析问题： 某电厂为了获得高压空气来驱动气动设备，采用如下图所示两级压缩、级间冷却方式。已知低压缸入口空气是未饱和湿空气，但是低压缸的排气经过中间冷却器后，却有液态水析出，需要加以去除，否则会影响下一级的压缩，或者影响气动机构的执行情况。试分析，经中间冷却器后为什么会有液态水析出？

8 例：氢气和水蒸气混合物中容积成分如下： ，混合物的总压力p=0.15MPa 假定该混合被等压冷却到20°c，求露点温度和终态时 气相部分的容积成分。 解：根据理想气体混合物性质 在露点温度时，水蒸气的饱和压力等于5.25kPa，查表 得：tDP=33.8°c 此时

9 §13-2 相对湿度(the relative humidity)和 含湿量(humidity; humidity ratio)
一.绝对湿度(absolute humidity)ρv  每立方米湿空气中水蒸气的质量 kg/m3  所以 3）ρv数值不能直接反映湿空气吸湿能力的大小  如pv=0.6566kPa，1℃时pv=ps，无吸湿能力  10℃时pv<ps有吸湿能力。

10 二.相对湿度（饱和度）-- humidity φ
——湿空气中水蒸气含量与同温度下最大可能含量之比。   所以 吸湿  能力  下降 φ = 干空气  0 < φ < 1 未饱和空气  φ = 饱和空气 注：当t>ts（p），如在1atm时，t>100℃时，  由于水蒸汽的最大压力（饱和压力）ps>p

11 三.含湿量d  ——每kg干空气中所含水蒸气的质量 讨论：a）当p一定时， 11

12 四. 干球温度t，湿球温度tw 和绝热饱和温度tad
1.干、湿球温度计(wet-and-dry-bulb thermometer; psychrometer)原理 12

13 干湿球温度计

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15 §13-3 湿空气的焓-湿图—psychrometric chart
一. 湿空气的焓

16 焓湿图的结构 1、d 线 h 135度 d=0 干空气 h 2、 h 线 h 与 t 很接近 人为将 h 旋转135度 d

17 焓湿图的结构 3、t 线 h 等干球温度线 h t 正斜率的直线 d

18 焓湿图的结构 4、 线 h 等相对湿度线 h t 是一组向上凸的线 饱和线 上部未饱和线 下部无意义 干空气d=0 d

19 焓湿图的结构 4、 线 h d ts=99.63oC h t d

20 焓湿图的结构 5、 线 h d h t d

21 焓湿图的结构 6、露点td h pv下饱和湿空气 h t td d

22 焓湿图的结构 7、湿球温度tw h 绝热饱和温度 h t t tw td d

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24 C）h-d图应用 例1 24

25 例2

26 §13-4 湿空气的热力过程 湿空气热力过程求解的共同步骤： 1.画出流程草图； 2.在h-d图上画出过程；
§13-4 湿空气的热力过程 湿空气热力过程求解的共同步骤：  1.画出流程草图；  2.在h-d图上画出过程；  3.写出水及干空气的质量守恒方程；  4.写出能量方程；  5.利用解析法或h-d图确定质、能方程中各参数；  6.求解。

27 一. 冷却、冷却去湿(dehumidification)及加热
对于冷却盘管：

28 分析问题： 火电厂发电机采用氢气冷却，当氢气中含有水分时会威胁发电机的安全性。试用h-d图说明用冷冻法去除氢气中所含水分的原理

29 对于加热段： 29

30 二. 蒸发冷却（绝热加湿） 在绝热的条件下，湿空气吸收水分，其含湿量增加的过程，称为湿空气的绝热加湿过程。
二. 蒸发冷却（绝热加湿） 在绝热的条件下，湿空气吸收水分，其含湿量增加的过程，称为湿空气的绝热加湿过程。 绝热加湿过程中，单位质量干空气的湿空气吸收的水分为d2－d1，湿空气的焓增为水分带入的能量，即 式中：hv为水的焓。因为水分带入湿空气中的能量0.001(d2－d1) hv与湿空气的焓h1、h2相比很小，可忽略不计，即 绝热加湿过程中，水分蒸发生成水蒸气需从空气中吸收汽化潜热，使得湿空气的温度降低，所以该过程也称为蒸发冷却过程。

31 三. 加热增湿 水蒸气质量守衡： 湿空气能量守衡：

32 四. 绝热混合 32

33 33

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35 例：图示是现今广泛使用的逆流式冷却塔示意图，高温水
自上而下，为饱和湿空气自下而上在塔内与水进行热质交 换，各截面参数如图示，求： 1）列出塔的质、能守恒式； 2）若

36 解：1）因为稳流，所以 质量守恒 能量守恒

37 2） 据p=101325Pa，tl3=40ºc，tl4=25ºc，查表，
hl3=167.5kJ/kg，hl4= kJ/kg 据t1=30ºc，t2=38ºc，查表， ps1=4.241kPa ps2=6.624kPa，故pv1=Φ1ps1=1.696kPa pv2=Φ2ps2=6.492kPa 据

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