湿空气热力学参数:比焓值、空气密度

将湿空气近似地看作理想气体,则可用理想气体的状态方程式来表示干空气和水蒸气的主要状态参数,即PV=mRT。[1]在进行空气处理过程分析时,常用的湿空气参数有四个:温度(t)、比焓(h)、含湿量(d)和相对湿度(φ)。湿空气还具有一定的压力p(大气压)。正如湿空气由干空气和水蒸气两部分组成一样,压力p也由两部分组成:干空气的分压力pa和水蒸气pv的分压力,即p=pa+pv

(1)含湿量d

含湿量是指每千克干空气中所含的水蒸气量,单位为kg/kg(a),含湿量d的计算式如下:

含湿量公式

(2)比焓h

比焓是用来表示物质系统能量状态的一个参数,热力过程比焓的变化△h等于定压比热Cp乘以温度差△t,即△h=Cp·△t。

干空气的定压比热Cp·a=1.006 kJ/(kg·℃),水蒸气的定压比热Cp·v=1.86 kJ/(kg·℃)。湿空气的比焓一般是以1kg干空气作为基数进行计算的,伴随着1kg干空气的还有d kg水蒸气,如果取0℃的干空气和0℃水的比焓为零,则包含1kg干空气的湿空气的焓应是:

湿空气的焓公式

式中,2501kJ/kg是每千克0℃的水变成0℃的水蒸气所需要的汽化潜热。

(3)相对湿度φ

水蒸气分压力pv有一个最大值,称为水蒸气饱和分压力,ps表示。它是一个与温度有关的数值,随温度的升高而增加。Pv与ps之间的关系反映了湿空气的饱和程度,二者之间的比值称为相对湿度φ。

相对湿度公式

(4)湿空气的密度ρ

湿空气的密度等于干空气的密度ρa与水蒸气的密度ρv之和,即:

湿空气的密度公式

由于水蒸气的密度较小,所以,在标准条件下(p= 101.325 kPa, T= 293K) ,干空气与湿空气的密度相差较小,在工程上,取p= 1.2kg/m3 已足够精确。

应该指出,在湿空气的含湿量和焓的计算中,均以1kg干空气为基准,原因是干空气在热、湿处理过程中,其质量不变,而水蒸气量则可能有变化。

参考资料:
[1] 陆耀庆. 实用供热空调设计手册(第二版)[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2007.
[2] 廉乐明, 谭羽非, 吴家正. 工程热力学(第五版)[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2007.

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