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1、工程热力学第章湿空气作业第8章 湿 空 气 例1：如果室外空气的参数为p=1.0133bar，t=30,f=0.90，现欲经空气调节设备供给t2=20，f2=0.60的湿空气，试用h-d图分析该空气调节过程，并计算析出的水分及各过程中的热量。 解：利用h-d图分析计算该题所给条件下的空调过程，如图8.1，根据所给条件t=30,f=0.90， 在h-d图上确定初态1,并查得h1=62.2kJ/k(a)，d1=15.7g/kg(a) 同样,由t2=20，f2=0.60在图上确定终态2,并查得 h2=34.1kJ/k(a)，d2=15.7g/kg(a)，由定d2线与f=1线的交点4, 查得h4 =2
2、6.4kJ/kg(a), d2=d4 空调过程的分析： 定湿冷却过程：湿空气的冷却过程，因其组成成分不变，即含湿量不变,但相对湿度增加,温度下降,直降到露点。所以,是定湿降温过程。例如,在h-d图上自初态1沿d1=15.7g/kg(a)的定湿线进行到与f=1线的交点3。此时已成饱和空气,再继续冷却，过程自状态3沿饱和线(临界线)进行,直至与终态含湿量相等的状态4,在这个冷却去湿阶段中,将有水蒸气凝结成水析出,并放出热量。1-4过程的放热量，可用焓差表示,即 q=h4-h1=26.4-62.2=-35.8kJ/kg(a) 式中负号表示冷却时湿空气放出热量。 冷却去湿过程：每公斤干空气所析出的水分
3、等于湿空气含湿量的减少量,即 Dd=d4-d1=7.1-15.7=-8.6g/kg(a) 式中负号表示湿空气析出水分。 加热过程：为了达到工程所要求的湿度，常采用降温去湿,但往往使温1 度过低(如4点t=8.80C，为了保证空调后的气体温度(本题要求20)，去湿后，常常需要加热升温。如在图8.1中就是自状态4沿定d4线进行到终点2,温度升高，含湿量不变，相对湿度下降，这是定湿加热过程。加热过程的吸热量也可以用焓差表示,即 q=h2-h4=34.1-26.4=7.7kJ/kg(a) 图8.1 例2：已知干湿球湿度计的读数为：干球温度t1=28，湿球温度t2=19，当时的大气压力为p1=1bar，
4、用查湿空气图求出的含湿量、露点、相对湿度和焓值。 解：查湿空气的h-d图，当干球温度t1=28、湿球温度t2=19时，湿空气的含湿量为d1=0.0105kg/，露点td=14.6，相对温度j=44%，湿空气的焓h=55。如与计算值相比，由图上查得的数值误差不大，可以看出湿空气图应用起来简单方便，很有实用价值。 例3：夏天，大气压力p=1.0133bar，室外空气t1=34，j1=80%。空调装置向室内供应=100%123dt3=20，j3=50%的调节空气，空气供应量mA=50kg/min。如果空调过程如图8.2所示，先将空气冷却去湿，然后再加热至要求的状态。试计算： 每分钟空气需要除去的水分
5、； 每分钟冷却介质应带走的热量； 加热器加入的热量。 2 t1h1t3h3t图8.2 解：按给定参数和过程在hd图上查出状态点1、2、3的有关参数，根据t1、j1查得 d1=0.0274kg/(kg干空气) h1=105kJ/(kg干空气) 根据t3、j3查得 d3=0.0073kg/(kg干空气) h3=38kJ/(kg干空气) 冷却去湿过程达到的状态为d2=d3=0.0073kg/(kg干空气)的饱和空气状态，照此查得 h2=105kg/(kg干空气) t2=9 空气中需要除去的水分为 &wm&a(d1-d2)=50(0.0274-0.0073)=m=1.005kg/min冷却介质带走的热
6、量为 Q12&a(h1-h2)-m&whw =m其中凝结水的焓为 hw=Cpwt2=4.1869=37.64kJ/kg 故有 &Q12=50(105-27)-1.00537.67=386.2kJ/min加热器加入的热量为 &a(h3-h2)=50(38-27)Q=m23=500kg/min 例4：空气的温度t=12，压力p=760mmHg，相对湿度j=25%，在进入空调房间前，要求处理到d2=5g/kg干空气，进入空气处理室的空气流量为120m/min。空气3加热器3 喷雾水假定空气处理室所用的喷雾水的水温为tw=12。若是分别按下列三种过程进行： 等干球温度处理； 等相对湿度处理； 绝热加湿
7、处理。求进入房间的空气相对湿度、温度、处理每公斤干空气由加热器传热的热量。 解：等干球温度处理过程 向空气中喷入水，使湿空气的含湿量增加，但由于水在蒸发时要吸热，所以空气的干球温度必然要下降。图8.3 空气的处理过程 因此要维持空气干球温度不变，在喷雾和加湿的同时，还必须用加热盘管向空气供给足够的热量，以维持处理前后空气的干球温度不变。 若喷入空气中的水全部被空气吸收，则根据稳定流动能量方程，由盘管供给空气的热量应为： Q=ma(h2-h1)-mwhw 由质量平衡 mw=ma(d2-d1) 根据t1=12，j1=25%，从hd图上查得空气的初参数分别为： d1=2.1g/kg干空气，h1=18
8、.5kJ/kg干空气， v1=0.82m3/kg 空气处理室出口的参数为： d2=5g/kg干空气，tdrv2=12，j2=57%， h2=18.5kJ/kg干空气 流入的空气流量为120m3/min，比容v1=0.82m3/kg。 120=ma+mad1=ma(1+0.0021) 0.82ma=146.34=146.03kg/min 1.0021从质量平衡的关系式求得： 4 5-2.1mw=146.03=0.423kg/min 1000加热盘管的供热量为： Q=146.03(25-18.5)-0.42350.4=927.876kJ/min等相对湿度处理过程 由于要求出口含湿量d2=5g/kg
9、干空气，所以根据j1=j2=25%及d2=5g/kg干空气，由h-d图上查得其它各参数分别为： tdrv2=25.5，h2=38.1kJ/kg干空气 入口空气量仍为120m3/min ma=146.03kg/min，mw=0.423kg/min， h2=50.4kJ/kg 加热盘管的加热量为： Q=ma(h2-h1)-mwhw=146.03(38.1-18.5)-0.42350.4=2867.5kJ/min绝热加湿过程 绝热加湿过程传给空气的热量为零，所以空气的焓保持不变，即25%H25.5 C1o12 Co5 Co57%22293%100%h1=h2。由于要求d2=5g/ kg/kg(a)从
10、h-d图上查得其余各参数为： tdrv2=5，j2=93% 过程中加热量：Q=0 现将三种处理过程画在h-d图上如图8.4所示。 思考及练习题 d图8.4 三种处理过程在H-d上的表示 1有人说，相对温度表示湿空气吸收水蒸气的能力，所以相对湿度相同时在不同温度下湿空气的能力是相同的，这种说 法是否正确？说明理由。 5 2湿空气的露点能否等于湿球温度？能否大于湿球温度？ 3湿空气和湿蒸气有什么不同？饱和湿空气和饱和蒸气有什么不同？ 4为什么说未饱和空气中的水蒸气处于过热状态？ 5在高温下湿空气中水蒸气分压力pw大于大气压力时，相对湿度计算公式j=pw/ps是否还适用？ 6用什么方法可使未饱和空气
11、变为饱和空气？如果把20时的饱和空气在定压下加热到30，它是否还是饱和空气？ 7为什么说热力学湿球温度是湿空气的状态参数，而湿球温度计测得的温度值不是湿空气的状态参数？ 8冬天刮风阴天，气温为零上2，相对湿度为50%，在室外晾晒的湿衣服会出现什么现象？为什么？ 9在冷水塔中能把热水冷却到比大气温度还低，是否违反热力学第二定律？ 10有一冷却水塔，冷却水量为w=227t/h，进口水温为t1=38，被冷却至t2=21。进入冷却塔的空气温度为ta1=21，相对湿度j1=50%；排出的空气ta2=32，相对湿度j2=100%。求： 空气的小时流量； 水的小时蒸发量。 11下列说法对吗？为什么？ j=0
12、时，空气中完全没有水蒸气，由此类比，j=100%时，湿空气中完全都是水蒸气。 空气的相对湿度愈大，含湿量愈高。 空气的相对湿度不变，温度愈高，则空气愈干燥；反之，则愈潮湿。 12如果等量的干空气和湿空气，降低的温度相同，二者放出的热量相等吗？为什么？ 13将温度为t1=38，相对温度j1=40%的湿空气进行冷却成t2=10的饱和空气，若进入减湿器的湿空气流量为45.4kg/h, 求：(a)析出的凝结水。(b)传热量。大气压力B=1bar,可应用h-d图 6 14如果相对湿度j=0.30、温度t=8的空气，在空调设备中加热至30；然后喷雾蒸发，冷却至26。试求： 加热量kJ/kg(a)； 最后的
13、相对湿度。大气压力为1.0133bar。 15为了保证室内温度为20、相对湿度为0.70，需要通过空调设备，使室内外终年交换气体。若夏季室外气温为28、j为0.85；冬季气温为0、j为0.55。试分析计算冬夏两季空调过程中， 放热量和加热量； 析出或加入的水分。 16有一空调房间，工艺要求的空气状态参数：t=20，j=60%，房间每小时产生的余热Q=18840kJ/h，产生的余湿为D=1.5kg/h，允许的送风温差为t=5。试在H-d图上确定送风的状态参数。 17欲使一股温度t1=38，相对湿度j=80%。流量为28.3m3/min的气流与另一股温度t2=13的冷气流相混合而获得相对湿度j=1
14、00%、t=20的混合气流，求冷气流的相对湿度j2和流量。 18有一房间地板面积为325m2，地板到天花板的高度为2.4m，房间空气温度t=24，相对度j=50%。如空气压力为1bar，问房间内有多少公斤的水蒸汽？ 19欲将干球温度tdry1=36，相对湿度j1=60%的室外空气处理到tdry2=21和相对湿度j2=50%的状态。如空气的压力为1bar，其处理过程是将室外空气先在喷雾室内冷却干燥到所要求的露点状态，然后再进行加热。若喷雾水由tw1=3升高至tw2=9；处理的空气量为17m3/min。试求： 喷雾室出口的空气温度； 从空气中析出的水量； 喷水量。 20在冬季为了增加送入房间空气的
15、相对湿度，往往采用对空气喷饱和蒸汽的办法。现有一流量为1018.8m3/h的气流，在大气压为1bar下，其干球湿度tdry1=27，相对湿度j1=40%。若向气流中每小时喷入t1=1007 的饱和蒸汽27kg，试求：喷入蒸汽后，混合气流的含湿量d2和它的干球温度tdry2。 21将压力p1=1bar，干球温度tdry1=36，湿球温度tw1=36的湿空气1700m3，经压缩和冷却至t2=36，p2=6.3bar。问： 此时有多少凝结水产生？ 若先将所产生的凝结水从缸中排出，然后再让压缩空气膨胀至大气压力和大气温度，膨胀后空气的相对湿度是多少？ 22将tdry=36、j=70%的湿空气，与干球温
16、度tdry=28，湿球温度twet=26的湿空气以1:2的质量比例相混合，若当地大气压B=1bar。 求混合气体的温度和含湿量； 若将此混合气体再经盘管加热至tdry=25，求对每公斤干空气所加入的热量。 23tdry=20，相对湿度j=45%的再循环湿空气与干球温度tdry=35和湿球温度twet=28的室外新鲜空气相混合。如果循环空气和新鲜空气的容积比为3:1，大气压力B=1bar，求混合湿空气的干球湿度和湿球温度。 24一个房间墙的内表面温度为t=16，室内空气的干球温度tdry=21，为了避免墙内表面结露，室内允许的空气最大相对湿度应该是多少？ 25进入干燥器的空气压力p=1.013bar，温度t1=49，相对湿度j1=10%；离开干燥器时相对湿度j2=90%；空气的流量为2270kg/h。求： 空气所带走的水分； 出干燥器时空气的温度。 26空气的干球温度tdry1=55，露点温度tdow=27，压力p=2bar，在稳定流动条件下进入干燥器，其流量为5000kg/h。离开干燥器时总压力不变，而干球温度tdry2=40。求每小时空气所带走的湿量。 27压气机将室外的洁净空气(p1=0.lMPa, t1=20，相对湿度j1=60%)充入高压氧舱，最终舱内空气压力p2=0.3Mpa , 试确定氧舱内空气的状态参数(j2、t2、t2露、t2湿、d) 8
