173湿空气参数计算方法的分析研究

空气计算

湿空气参数计算方法的分析研究

李丛来

1

1 2

陈焕新 舒朝晖1 鲁红亮1

1

华中科技大学 2 青岛海信日立空调系统有限公司

摘 要：湿空气物性参数的计算精度是工程技术上空气焓值法应用的有效保证，本文介绍了湿空气参数的四种计算方法，即已知干球温度和湿球温度求解含湿量及相对湿度的方法，并对其计算结果进行了分析、比较。结果表明：各种方法对湿空气物性参数计算精度相差较大，采用经验公式结合拟合公式得到的方法满足了工程技术中的精度需求，因此应根据需要选择合适的方法进行计算。

关键词：湿空气 含湿量 相对湿度

CALCULATION METHOD OF ANALYSIS ON WET AIR PARAMETERS Li Conglai Lu Hongliang Chen Huanxin Xie Junlong Shu Zhaohui

Department of Refrigeration and Cryogenics Engineering, Huazhong University of Science & Technology, Wuhan,

430074

Abstract:The precision of humid Air physical parameters is the engineering and technical of the air enthalpy value of the effective application of guarantees.This paper introduces the wet air of the four parameters calculation method that is known dry-bulb temperature and the wet bulb temperature for moisture content and relative humidity, and their results are analyzed, comparison. The results show : the precision of various methods of wet air for calculating the properties is large difference, The method of use of empirical formula combining fitting formula works to meet the technical requirements of precision,so it should be based on the need to choose a suitable method of calculation. Keywords: wet air moisture content relative humidity

引言

在制冷系统用设备的标定、制冷空调的方案的设计以及空调机组性能的现场测试中，湿空气各状态参数的互算，是工程技术人员、实验人员采用空气焓值法计算的理论依据。当湿空气中水蒸气的含量较小时，湿空气可近似作为干空气来计算，但是在这些实际应用的场合，小含

[1]

量具有重要意义，所以湿度的换算在实际应用中是设计、测试的关键因素。本文总结了四种方法对实际应用中具有代表性的状态点进行了计算，并对计算结果进行了分析、比较。

1工况点的选取

为验证四种方法的计算精度，依据ASHRAE表与日本大西热学《干湿表》，本文分别选取6个状态点进行了考查：

作者简介：李丛来,（1983—），男，山东胶南人，硕士研究生，E-mail：lelewangzi840624 @ 指导老师： 陈焕新, （1964—）， 男， 湖南湘潭人，教授，华中科技大学制冷与低温工程系，430074， E-mail：

空气计算

表1：状态点的选取

2 湿空气参数的计算方法

为满足实际工程中计算湿空气的物性参数需要，本文分别用查ASHRAE表与日本大西热学《干湿[3]

表》、拟合修正公式法等四种典型方法对所选的状态点的物性参数进行了计算。具体计算方法如下： 2.1 方法一

查阅ASHRAE表与日本大西热学《干湿表》图表的方法，此方法比较直观、简便。 2.2 方法二

依据湿空气的绝热饱和冷却器设计原理以及湿球温度计工作原理，在工程误差允许范围内，简化湿空气的干球温度、湿球温度以及含湿量关系式如下：

[2]

d

1.005(tw t) ds(tw) (tw)

（1）

1.86(t tw) (tw)

忽略绝热饱和温度与湿球温度的物理意义上的差别，利用绝热饱和温度与湿球温度的数值极其相近，提供了根据tw、t用解析法确定d的方法。 式中：

tw——湿空气湿球温度，℃；

t——湿空气干球温度，℃；

ds(tw)——某一温度下的饱和湿度，Kg(水蒸气)/Kg(干空气)；

(tw)——某一温度的汽化潜热，KJ/Kg；

Ps tw

（2） ds(tw) 0.622

B PstwPs tw ——湿空气湿球温度下的饱和压力；

由方程（1）、（2）可知，只要利用比较准确的汽化潜热 (tw)的方程以及的饱和水蒸气压力Ps tw 方程便可导出干球温度和湿球温度同含湿量以及相对湿度的函数表达式。 2.2.1 湿空气汽化潜热的计算

采用拟线性回归的方法拟合文献[4]的水汽化潜热方程的数据，得到汽化潜热 (tw)的比较精确的求解公式 ：

(t) 2.4114t 2501.7 （3）

空气计算

图1：函数关系拟合图

2.2.2 湿空气饱和蒸汽压的计算

采用比Antonine方程精度更高的经验公式，采用此公式的计算结果比水蒸气图表查的结果的误差不超过±0.15％：

ps(t)

23991.11exp[18.5916-] （4）

15(t+233.84)

把公式（4）代入（2）中，得

ds(tw)

0.622

7.5B exp( 18.5916+) 1

(t+233.84)

（5）

把公式（3）、（4）代入（1）中，得

1.005(tw t) [7.5B exp( 18.5916+d

3991.11

) 1] 0.622 ( 2.4114t 2501.7)

(t+233.84)

（6）

3991.11

(1.86(t tw) 2.4114t 2501.7) [7.5B exp( 18.5916+) 1]

(t+233.84)

d 0.622联立（6）、（7）可求得相对湿度 ，

Ps

（7）

B Ps

7.5 d B

3991.11

(d 0.622) exp[18.5916-]

(t+233.84)

（8）

2.3 方法三

参考文献[5-7]，所引文献提供了湿空气相对湿度以及含湿量传统计算的过程以及本方法在计算过程中存在的问题。

2.3.1 湿空气水蒸汽分压力和饱和蒸汽压的计算

主要计算式如下：

ln(Pq.b)

c1

c2 c3T c4T2 c5T3 c6T4 c7ln(T) （9） T

空气计算

T 273.15 t （10）

ln(P'q.b)

c1

c2 c3Ts c4Ts2 c5Ts3 c6Ts4 c7ln(Ts) （11）

Ts

Pq P'q.b A(t ts)B （12）

式中：

ts——湿空气湿球温度，℃；

Pq.b——干球温度T下的饱和湿空气水蒸气分压力,Pa； Pq——干球温度T下的湿空气水蒸气分压力,Pa； P'q.b——湿球温度T下的饱和湿空气水蒸气分压力,Pa。

当t（ts）=-100~0℃时， c1＝-5674.5359，c2＝6.3925247，c3＝-0.009677843，c4＝6.2215701×10，

-7

c5＝2.0747825×10-19，c6＝-9.484024×10-13，c7＝4.1635019；

当t（ts）=0~200℃时，c1＝-5800.2206，c2＝1.3914993，c3＝-0.04860239，c4＝4.1764768×10，

-5

c5＝-1.4452093×10-8，c6＝0，c7＝6.5459673；一般取A=0.000667；

2.3.2 相对湿度和含湿量的计算

PqPq.b

（13） 100%

d 622

pqB Pq

（14）

式中：

B为当地实际湿空气总压力，文中取101325Pa； T——湿空气干球温度，K；

——湿空气的相对湿度，%。

2.4 方法四

2.4.1 干、湿球温度与湿度的关系计算

d ds(Ts)

2.4.2 ds的求解

Kd

1

（15） (T Ts)

Hs

通过求解饱和蒸气压力方程得到的，主要根据不同温度下的饱和水蒸汽可用antonine方程[8]，代入查得的安托万常数得到下式[9, 10]：

空气计算

lnps(T) 23.1964 结合公式（2），可得

3816.44

（16）

T 46.13

（17）

ds(Ts)

0.622

3816.44

B exp( 23.1964 ) 1

T 46.13

2.4.3 Hs的求解

汽化潜热的求解方式，通过watson的经验公式，作者采用拟线性回归的方法得到公式[11]：

H 383.65(647.1 Ts)0.316 （18）

/Kd 0.998 1.815d （19）

d

0.622 383.65(647.1 Ts)0.316 0.998 (T Ts) B exp( 23.1964

3816.44

) 1

（20） 3816.44

[383.65(647.1 Ts)0.316 1.815 (T Ts)] B exp( 23.1964 ) 1

T 46.13

d B

（21）

(d 0.622) exp[23.1964 ]

T 46.13

式中：

Hs——湿球温度下的汽化潜热，kJ/kg；

——空气向湿棉布的对流换热系数，W/(m2 K)；

Kd——以湿度差为推动力的传质系数，kg/(m2 S d)。

3 计算结果与比较

方法一中采用ASHRAE出版的以及日本大西热学实验给出的图表，鉴于图表的通用性和权威性，故以此查得的值为比较基准。但若采用繁查图表方式，极为不便，故需要找出一种便于使用计算机进行数值计算的数学方法。因此我们分别使用这四种方法对具有代表性的6个状态点进行了计算，并对其计算结果分析、比较。 3.1含湿量

由于各种方法计算含湿量所采用的公式不同，表2对计算所得各工况点间的含湿量进行比较。含湿量相对偏差计算公式：

(di-d1)

100%（其中：di为用第i种方法获得的焓差， i=1，2，3，4）

d1

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表2表明：除状态点5处，方法二算得的含湿量相对偏差略高于方法三、方法四，状态点6处，方法二算得的含湿量相对偏差高于方法四，在其他各状态点方法二算得点均低于方法三、方法四。说明温度在低于干球温度在50℃，湿球温度在45℃时，利用方法二计算精度高。 3.2相对湿度

由于各种方法计算相对湿度所采用的公式不同，表2对计算所得各工况点间的含湿量进行比较。相对湿度的相对偏差计算公式：

( i- 1)

1

100%（其中： i为用第i种方法获得的焓差， i=1，2，3，4）

表3 不同干球温度和湿球温度下湿空气的相对湿度 %

表3表明：除状态点6处，方法二算得的相对湿度相对偏差高于方法三、方法四，在其他各状态点方法二算得点均低于方法三、方法四。说明温度在低于干球温度在70℃，湿球温度在30℃时，利用方法二计算精度高。

4 结论

相对湿度以及含湿量是湿空气的重要参数,对其精确计算有助于通过空调设备更好地控制空气中的水蒸气含量,以满足人们舒适的室内环境、实验测试以及生产工艺过程等精度要求。可以看出，方法二较另外几种方法更适用，方法二计算准确,概念清晰,有助于工程技术人员更好地理解和掌握湿空气含湿量、相对湿度的计算方法，且便于计算机编程。

参考文献

1 2 3 4 5 6 7 8 9

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7bn1.html