湿空气的基本热力过程:加热、冷却、绝热加湿、等温加湿

湿空气处理过程的目的是使湿空气达到一定的温度及湿度,处理过程可以由一个过程或多个过程组合完成。[1]

1、加热过程

在湿空气的如热过程中,空气吸入热量,温度t 增高,但含湿量d不变,是一个等含湿量过程,在焓湿图上,是一条垂直向上的直线。加热过程使空气的相对湿度减小,是干燥工程中不可缺少的组成过程之一。

湿空气加热过程

图1 加热过程(状态1→2)

2、冷却过程

在冷却过程中,湿空气降低温度而放出热量。1)当冷源温度高于湿空气露点温度时,在冷却过程中不会产生凝结水(不结露),因而含湿量不变,是一个等含湿量冷却过程(状态1→2);2)当冷源温度低于湿空气露点温度时,在冷却过程中会产生凝结水(结露),因而含湿量降低,是一个去湿冷却过程(状态1→2’)。

湿空气冷却过程

图2 冷却过程(等湿冷却1→2,去湿冷却1→2’)

3、绝热加湿过程

在空气处理过程中,在绝热情况下对空气加湿,称为绝热加温过程(也称为等焓过程),在焓湿图上表现为一条等焓线。如在喷淋室中通过喷入循环水滴来达到绝热加湿的目的:水滴蒸发所需的汽化潜热,完全来自空气,而水滴变为水蒸气后又回到空气中去,对空气来说,在这一过程中其焓值基本不变(仅增加了蒸发水滴所带有的极少液体焓)。

绝热加湿过程(喷循环水加湿)

图3 绝热加湿过程(喷循环水加湿)(状态1→2)

4、等温加湿过程

对湿空气喷人少量水蒸气使之加湿的过程称为定温加温过程,这在小型空调机组中经常采用。如在空调机组中喷入水蒸气达到定温加湿的目的:由于被处理湿空气的质量远大于喷入水蒸气的质量,湿空气温度升高极小(即使水蒸气温度可能为100℃),故在焓湿图上表现为一等温线。

定温加湿过程

图4 定温加湿过程(状态1→2)

5、湿空气的混合

在空调工程中,在满足卫生条件的情况下,常使一部分空调系统中的循环空气与室外新风混合,经过处理再送入空调房间,以节省冷量或热量,达到节能的目的。

湿空气的混合过程

图5 湿空气的混合过程(状态1&2→c)

经过混合后的湿空气,其新状态点c必然位于初始状态点1、2的连线上,并满足如下关系:

湿空气混合公式

6、湿空气的蒸发冷却过程

湿空气的蒸发冷却可分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却两种方式。1)直接蒸发冷却:当未饱和湿空气和水直接接触时,水会因蒸发而从周围湿空气中吸收汽化潜热,使水和湿空气的温度降低;2)间接蒸发冷却:将直接蒸发冷却后的湿空气通过间壁式换热器去冷却室外空气作为空调送风。

蒸发冷却主要是和用自然环境中湿空气的干湿球温度差而获得冷却效果,干湿球温差越大,冷却的效果越显著。

7、冷却塔中的热湿交换过程

冷却塔是将被加热的冷却水与大气进行热湿交换,使之降低温度后重复循环使用的装置。冷却中的热湿交换过程主要是通过蒸发冷却,这种冷却方式可最大限度使冷却水的温度降到大气的湿球温度。

冷却塔工作原理图

图6 冷却塔工作原理图

参考资料:
[1] 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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