空氣與水的熱濕交換

空氣與水直接接觸時，根據水溫不同，可能發生顯熱交換，也可能既有顯熱交換又有潛熱交換，即同時伴有質交換（濕交換）。

顯熱交換是空氣與水之間存在溫差時，由導熱、對流和輻射作用而引起的換熱結果。潛熱交換是空氣中的水蒸氣凝結而放出汽化潛熱的結果。總熱交換是顯熱交換和潛熱交換的代數和。

基本介紹

• 中文名：空氣與水的熱濕交換
• 本質：顯熱交換與潛熱交換
• 套用：空氣的熱濕處理

熱濕交換原理

溫差是熱交換的推動力，而水蒸氣分壓力差則是濕交換的推動力。

當空氣與敞開水面或飛濺水滴表面接觸時，由於水分子做不規則運動的結果，在貼近水表面處存在一個溫度等於水表面溫度的飽和空氣邊界層，而且邊界層的水蒸氣分壓力取決於水表面溫度。空氣與水之間的熱濕交換量和邊界層周圍空氣與邊界層內飽和空氣之間的溫差及水蒸氣分壓力差的大小有關。

如果邊界層內空氣溫度高於主體溫度，則由邊界層向主體空氣傳熱，反之。則由主體空氣向邊界層傳熱。

如果邊界層內水蒸氣分壓力大於主體空氣的水蒸氣分壓力，則水蒸氣分子將由邊界層向主體空氣遷移，反之，則水蒸氣分子將由主體空氣向邊界層遷移。所謂“蒸發”與“凝結”現象就是這種水蒸氣分子遷移的結果。在蒸發過程中，邊界層減少了的水蒸氣分子又由水面躍出的水分子補充；在凝結過程中，邊界層中過多的水蒸氣分子將回到水面。

狀態變化過程

假想條件下的狀態變化過程

空氣與水直接接觸時，水表面形成的飽和空氣邊界層與主體空氣之間通過分子擴散與紊流擴散，使邊界層的飽和空氣與主體空氣不斷混摻，從而使主體空氣狀態發生變化。因此，空氣與水的熱濕交換過程可以視為主體空氣與邊界層空氣不斷混合的過程。

為分析方便起見，假定與空氣接觸的水量無限大，接觸時間無限長，即在所謂假想條件下，全部空氣都能達到具有飽和水溫的飽和狀態點。在該假定條件下，隨水溫不同，可得到七種典型空氣狀態變化過程：

過程線	水溫特點	溫度或顯熱	含濕量或潛熱	焓或總熱	過程名稱
A-1	tw<tl	減	減	減	減濕冷卻
A-2	tw=tl	減	不變	減	等濕冷卻
A-3	tl<tw<ts	減	增	減	減焓加濕
A-4	tw=ts	減	增	不變	等焓加濕
A-5	ts<tw<tA	減	增	增	增焓加濕
A-6	tw=tA	不變	增	增	等溫加濕
A-7	tw>tA	增	增	增	增溫加濕

註：t_A,t_s,t_l為空氣的幹球溫度、濕球溫度和露點溫度，t_w為水溫。

理想條件下的狀態變化過程

理想條件：空氣與水的接觸時間足夠長，但水量有限。

狀態變化過程：水溫發生變化，全部空氣都能達到飽和狀態，且空氣終溫等於水終溫。

實際條件下的狀態變化過程

實際條件：空氣與水接觸時間有限，水量有限。

狀態變化過程：既不是直線，也難於達到與水的終溫（順流）或初溫（逆流）相等的飽和狀態。

然而在工程中人們關心的只是空氣處理的結果，而並不關心空氣狀態變化的軌跡，所以在已知空氣終狀態時仍可用連線空氣初、終狀態的直線來表示空氣狀態的變化過程。