1、 1湿空气热物性参数的计算 王兴华 1，周鸣镝 1，成红娟 2 （1.兰州市城市建设设计院，甘肃 兰州 730050；2.兰州交通大学 环境与市政工程学院，甘肃 兰州 730070） 摘 要：对不同地区总压力下的湿空气，以相对湿度和温度为已知量，分别建立了湿空气的密度、定压比热容、动力粘度、导热系数等热物性参数的计算方程。利用FORTRAN语言编写了湿空气热物性参数的计算程序，可供计算参考。 关键词：湿空气；热物性参数；FORTRAN语言 0 引言 湿空气是由干空气和水蒸气所组成混合气体，因此有必要对湿空气热物性参数的计算方法进行探讨。本文在干空气和水蒸气的热物性参数基础上，以湿空气的总压力、
2、相对湿度、温度为已知量，分别建立湿空气的密度、定压比热容、动力粘度、导热系数等热物性参数的计算方程14。 1 分子量及气体常数 湿空气的平均分子量可按混合气体的容积成分ri或摩尔成分xi进行计算 da v ma v vma da da v v da v da vma ma ma map p p p pM r M rM M M M Mp p p p vda da vmapM M Mp （1） 式中：Mda为干空气的分子量，取28.97；Mv为水蒸气的分子量，取18.02；pma为湿空气总压力，Pa；pv为水蒸气分压力，Pa。 湿空气的气体常数 mama8314RM （2） 2 含湿量（比湿度）
3、含湿量(或称比湿度)是指在含有1kg干空气的湿空气中，所混有的水蒸气质量。 v sma v ma s( )622 622( )p p tdp p p p t (g/kg(a) （3） 式中：d为湿空气的含湿量，g/kg(a)；为湿空气相对湿度，；ps(t)为对应于湿空气温度t/的水蒸气饱和压力，Pa，其值可通过查饱和水与饱和水蒸气表得到，也可由拟合的下式计算：7 3 4 2 27.23 10 2.71 10 7.2 10 6.42s( ) et t tp t 。 3 比体积及密度 2湿空气的比体积表示在一定温度T和总压力p下，1kg干空气和0.001d水蒸气所占有的容积，即1kg干空气的湿空气
4、比体积，它也可看作是用总压力p和含湿量d计算所得的干空气的比体积，即 dama(1 0.001606 )R T dp (m3/kg(a) （4） 由于湿空气的比体积是以1kg干空气为基准定义的，因此湿空气的密度是： mamada1 0.001 (1 0.001 )(1 0.001606 )d p dR T d (kg/m3 (a) （5） 式中： 为湿空气的比体积，m3/kg(a)；ma为湿空气的密度，kg/m3(a)；Rda为干空气的气体常数，取287 J/(K)；T为湿空气的温度，K。 4 湿空气的焓 湿空气的焓是lkg干空气的焓和0.001d kg水蒸气的焓的总和，即 da p,da 1
5、.01h c t t (kJ/kg) （6） v p,v 2501 1.85h r c t t (kJ/kg) （7） ma da v0.001 1.01 0.001 2501 1.85h h dh t d t (kJ/kg) （8） 式中：hma为湿空气的焓，kJ/kg；hda为干空气的焓，kJ/kg；hv为水蒸气的焓，kJ/kg；cp,da为干空气的定压比热容，取1.01kJ/( kgK)；t 为空气的温度，；r 为水的汽化潜热，取2501kJ/ kg；cp,v为水蒸气的定压比热容，取1.85kJ/( kgK)。 5 定压比热容 湿空气的定压比热容可按组分xi进行计算： p,vv dap,
6、ma da p,da v p,v da p,da p,v da p,da p,vda p,da p,da1 cx xc x c x c x c c x c dc dx c c （9） 式中：cp,ma为湿空气的定压比热容，J/( kgK)；xda、xv分别是湿空气中干空气和水蒸气的质量分数；cp,da为干空气的定压比热容，J/( kgK)，其值可通过查干空气热物理性质表得到，也可由拟合的下式计算： 4 2 2p,da 7 10 1.86 10 1005c t t ；cp,v为水蒸气的定压比热容，J/( kgK)，其值 可 通 过 查 水 蒸 气 热 物 理 性 质 表 得 到 ， 也 可 由
7、拟 合 的 下 式 计 算 ：5 3 3 2p,v 9 10 3.5 10 0.4873 1854.3c t t t 。 由于 dadavda vda1 111xxxx x dx （其中： da v 1x x ） 因此有： p,da p,vp,map,da(1 )1c cc dd c （10） 36 动力粘度 对于二元组分的湿空气而言，其动力粘度可由下式计算5： 1 11 1 ma ma2 2da da da v v v2 2da da da v v v da vma 1 1 1 1ma ma2 2 2 2da da v v da da v vda vM Mx M x My M y M M M
8、M My M y M x M x MM M 1 1 1 12 2 2 2da da da v v v da da v v1 1 1 12 2 2 2da da v v da vx M x M M dMx M x M M dM （11） 式中：ma为湿空气的动力粘度，kg/( ms)；yda、yv分别是湿空气中干空气和水蒸气的体积分数，根据体积分数和质量分数的关系有： mada dadaMy xM 、mav vvMy xM ；Mda、Mv 分别是干空气和水蒸气的分子量，分别取 28.97 和 18.02；da为干空气的动力粘度，kg/( ms)，其值可通过查干空 气 热 物 理 性 质 表 得
9、到 ， 也 可 由 拟 合 的 下 式 计 算 ： 6 2 2 6da 4 10 4.81 10 17.2 10t t ；v为水蒸气的动力粘度，kg/( ms)，其值可通过 查 水 蒸 气 热 物 理 性 质 表 得 到 ， 也 可 由 拟 合 的 下 式 计 算 ： 7 2 2 6v 8 10 4.01 10 8.022 10t t 。 7 导热系数 按照Wassiljewa提出的混合气体导热系数的方程6，湿空气的导热系数可表达为： ma mada da v vda da v v da vmama ma ma mada v da,v v da v,dada v da,v v da v,dad
10、a v v daM Mx xy y M MM M M My y A y y A x x A x x AM M M M da da v v da vda v da vda v v da v,dada,v v,da da,vda v v da da v v da1x x dM M M Mx x x x d AdA A AM M M M M M M M da vda vda,v v,dav da1dM Md A d AM M （12） 式中：ma为湿空气的导热系数，W/( mK)；da为干空气的导热系数，W/( mK)，其值可通过查干空气热物理性质表得到，也可由拟合的下式计算： 7 2 3 2da
11、3 10 7.7 10 2.44 10t t ；v为水蒸气的导热系数，W/( mK)，其值可通过查水蒸气热物理性质表得到，也可由拟合的下式计算： 5 2 3 2v 1 10 5.2 10 1.83 10t t ；Ada,v，Av,da 分别为干空气和水蒸气的结合因4子，可按下面式子计算： 21/2 1/4da v v dada,v 1/2da v1 ( / ) ( / )8(1 /M MAM M （13） v dav,da da,vda vMA AM （14） 8 结论 该计算方法以湿空气最易获取的参数相对湿度和温度为已知量，分别建立了湿空气的密度、定压比热容、动力粘度、导热系数等热物性参数的
12、计算方程。可根据不同地区的湿空气总压力值计算得到该地区的湿空气热物性参数。另外，为了便于计算，利用 FORTRAN 语言编写了湿空气各热物性参数的计算程序，程序计算界面如图1所示，可供计算参考。 图 1 湿空气热物性参数程序计算界面 Fig.1 The model of flat air collector 参考文献 1王兴华,丁昀,杨庆,成红娟,姬广凡.空气湿度对平板空气集热器效率的影响J.可再生能源.2013,31(1):5-8. 2康乐明，谭羽非，吴家正. 工程热力学M.北京：中国建筑工业出版社，2006. 3纪威，杨萱.湿空气热物理性质计算方程J.暖通空调，1996（3）：16-19. 4杨世铭，陶文铨.传热学M.北京：高等教育出版社，2006. 5孔玲主编.工程流体力学（第三版）M.北京：中国电力出版社，2007. 6童景山，李敬.流体热物理性质的计算M.北京：清华大学出版社，1982.
