湿空气的性质

湿空气的性质在干燥操作中，不饱和湿空气既是载热体又是载湿体，因而可通过空气的状态变化来了解干燥过程的 传热、传质特性，为此，应首先了解湿空气的性质。干燥过程中湿空气中的水分含量是不断变化的，但绝干空气量不变，故湿空气的各性质参数均以1kg 绝干空气作为基准。1、湿度H湿度又称湿含量，为湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比，以H表示，单位为kg水汽/kg绝干 气，湿空气中水汽的质量二些厂9込处湿空气中绝干气的质量 Mg 四式中:M摩尔质量，kg/kmol；Y湿空气中水汽与绝干气的摩尔比。(下标v表示水蒸汽、g表示绝干空气。)常压下湿空气可视为理想气体，根据道尔顿分压定律，由式5-1可得P - P(5-2)式中p水汽的分压，Pa或kPa;P总压，Pa或kPa。当湿空气中的水汽分压等于该空气温度下纯水的饱和蒸汽压时，空气达到饱和,相应的湿度称为饱和湿 度，以 Hs 表示，'(5-3)式中ps空气温度下纯水的饱和蒸汽压，Pa或kPa。 显然，湿空气的饱和湿度是温度与总压的函数，而湿度仅与水汽的摩尔比有关。2、相对湿度在一定总压下，湿空气中水汽分压p与同温度水的饱和蒸汽压ps的百分比称为相对湿度百分数，简称 相对湿度，以表示，申->100%凤(5-4)相对湿度代表空气的饱和程度，由其可判断湿空气能否作为干燥介质；而湿度是湿空气含水量的绝对值，由湿度不能判别湿空气能否作为干燥介质。当p=ps时，j=l,表示湿空气被水汽所饱和，称为饱和空气，饱和空气不能再吸收水分，因此不能作为干燥介质。当p=0时，=0,表示湿空气中不含水分，为绝 干空气，这时的空气具有最大的吸湿能力。将式5-4代人式5-2，可得H与的关系式为，(5-5)3、比容 vH含lkg绝干气的湿空气之体积称为湿空气的比容，又称为湿容积，以vH表示，单位为m3湿空气/kgH绝干气。若湿空气视为理想气体，则有，vH =1kg绝干气的体积+H kg水汽的体积H5-6)式中t 温度，°C。一定总压下，湿容积是温度和湿度的函数。4、比热容 cH常压下，含lkg绝干气的湿空气之温度升高（或降低）1C所吸收（或放出）的热量，称为比热容, 又称湿热，以cH表示，单位为kJ/（kg绝干气C）,H5-7)式中c 绝干空气的比热容，kJ/（kg绝干气 C）；gcv水汽的比热容，kJ/（kg水汽 C）0在常用温度范围内，Cg、cv可按常数处理，Cg =1.01kJ/（kg绝干气C）, cv=1.88kJ/（kg水汽C）。将其代 人式 5-7，得(5-7a)显然，比热容仅是湿度的函数。5、焓丁含1kg绝干气的湿空气的焓称为湿空气的焓，以I表示，单位为kJ/kg绝干气,5-8)式中Ig绝干空气的焓，kJ/kg绝干气；Iv水汽的焓，kJ/kg水汽。现规定0C的绝干空气及0C的液态水的焓值均为0,湿空气焓的计算式为(5-8a)I = cg（t-0）+ He Y（t-"） +Hyq = （cg + Hcv X +式中r0°C时水的汽化热，其值为2490kJ/kg。故式5-8 a又可以改为J = (1 01+ 2490ff(5-8b)可看出，湿空气的焓是温度和湿度的函数。6、 温度(1) 干球温度用普通温度计直接测得的湿空气的温度，称为湿空气的干球温度，简称温度，以t 表示。它是湿空气的真实温度。(2) 湿球温度 用湿纱布包裹温度计的感温部分(水银球)，纱布下端浸在水中，以保证纱布一直处 于充分润湿状态，这种温度计称为湿球温度计，如图5-1 所示。1 T冇卜华昱1瓦團S-2 笔热饉和邊却晦示垂圈S 5-1渓球温度閑测量1 .O; 2,填料；3,树环泵将湿球温度计置于温度为t、湿度为H的流动不饱和空气中，湿纱布中的水分必然要汽化，并向空气 主流中扩散；同时汽化吸热使湿纱布中的水温下降，与空气间出现温差，引起空气向水分传热。当空气传 给水分的显热恰好等于水分汽化所需的潜热时，空气与湿纱布间的热质传递达到平衡，湿球温度计上的温 度维持恒定。此时湿球温度计所测得的温度称为湿空气的湿球温度，以tw表示。在上述热质传递过程中，由于空气流量大，可认为湿空气的温度与湿度一直恒定，并保持在初始温度 t和湿度H的状态下。当达稳定时，空气向湿纱布表面的传热速率为Q =-如)(5-9)式中Q空气向湿纱布的传热速率，W；a空气与湿纱布间的对流传热系数，W/(m2C)；S空气与湿纱布间的传热面积；m2；t空气的温度，C；tw空气的湿球温度，即湿纱布表面的温度，C。传质速率为(5-10)式中N水汽由相界面向空气主流的扩散速率，kg/s;kH 以湿度差为推动力的传质系数，kg/（m2s A H）； "耳3 湿球温度tw下空气的饱和湿度，kg/kg绝干气。在稳定状态下，传热速率与传质速率之间的关系为式中*3湿球温度tw下水汽的汽化热，kJ/kg。联立式5-9、式5-10及式5-11，并整理得(5-12)实验表明，一般情况下上式中的kH和a都与空气速度的0.8次方成正比，故可认为其比值与气流速 度无关，对于空气水蒸汽系统，"抵耳=1.09。湿球温度tw不是湿空气的真实温度，它是湿空气温度t和湿度H的函数。当湿空气的温度一定时， 不饱和湿空气的湿球温度总低于干球温度，空气的湿度越高，湿球温度越接近干球温度，当空气为水汽所 饱和时，湿球温度就等于干球温度。在一定总压下，只要测出湿空气的干、湿球温度，就可用式5-12算出 空气的湿度。应指出，在测湿球温度时，空气的流速应大于5m/s,以减少辐射与导热的影响。（3）绝热饱和冷却温度 湿空气经过绝热饱和冷却（或绝热增湿）过程后所达到的温度，称为湿空气 的绝热饱和冷却温度，简称绝热饱和温度，以tas表示。绝热饱和温度可在如图5-2所示的绝热饱和冷却塔中测得。设塔与外界绝热，在不饱和空气与大量水 充分接触的过程中，水分会不断汽化进入空气中，汽化所需的热量由空气温度下降放出显热供给，水汽又 将这部分热量以汽化潜热的形式带回至空气中。随着过程的进行，空气的温度沿塔高逐渐下降、湿度逐渐 升高，若两相有足够长的接触时间，最终空气为水汽所饱和，而温度降到与循环水温相同。空气在塔内的 状态变化是在绝热条件下降温、增湿直至饱和的过程，达到稳定状态下的温度就是初始湿空气的绝热饱和 冷却温度，与之相应的湿度称为绝热饱和湿度，以Has表示。对图5-2的塔作热量衡算，即可求出绝热饱和温度与湿空气其它性质间的关系。设湿空气入塔的温度为t、湿度为H,经足够长的接触时间后，达到稳定状态，湿空气离开塔顶的温 度为湿度为Has。塔内气液两相间的传热过程为：空气传给水分的显热恰好等于水分汽化所需的潜热。因此，以单位质 量绝干气为基准的热衡算式为5-13)式中沧一一温度如将上式整理得绝热饱和温度怙是湿空气初始温度t和Ch(5-14)上式中的仏、Has是如的函数，cH是H的函数。由此, 湿度H的函数，它是湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到的极限冷却温度。在一定的总压下，只要测出 湿空气的初始温度和绝热饱和温度如就可用式5-14算出湿空气的湿度H。实验证明，对于湍流状态下的水蒸汽空气系统，常用温度范围内耳与湿空气比热容cH值很接近，同时，故在一定温度t与湿度H下，比较式6-10和式6-14可以看出，湿球温度近似等于绝热饱和冷却温度，即如"心(5-15)但对于水蒸汽空气以外的系统，式5-15就不一定成立了。例如甲苯蒸汽空气系统，刃牝m， 此时，如与tw就不相等。对于水蒸汽空气系统，绝热饱和温度 如和湿球温度tw在数值上近似相等，且两者均为初始湿空气温度和湿度的函数。但两者是两个完全不同的概念，区别如下：湿球温度tw绝热饱和温度如大量空气与湿物料接触。大量湿物料与空气接触。空气的温度和湿度不变。空气的温度降低，湿度升高。空气与湿物料之间进行热质传递达到平衡时，湿物 料表面的温度。空气在绝热增湿过程中，焓不变，空气达到饱和时 的温度。(4) 露点将不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度称为露点，以td表示。显然，露点下的湿度就是露点下的饱和湿度，以表示，单位为kg/kg绝干气。由式5-3得(5-16)式中臭希一一露点下水的饱和蒸汽压，Pa。式 5-16 也可改写为在一定的总压下，若已知空气的露点，可用式5-16 算出空气的湿度；反之，若已知空气的湿度，可用 式 5-17算出露点下的饱和蒸汽压，再从水蒸汽表中查出相应的温度，即得露点。根据以上分析，对水蒸汽空气系统，干球温度t、绝热饱和温度如（即湿球温度tw）及露点td三者之间的关系为：不饱和空气“気或如）冷饱和空气或如）=冷