空气与水直接接触时,根据水温不同,可能发生显热交换,也可能既有显热交换又有潜热交换,即同时伴有质交换(湿交换)。
显热交换是空气与水之间存在温差时,由导热、对流和辐射作用而引起的换热结果。潜热交换是空气中的水蒸气凝结而放出汽化潜热的结果。总热交换是显热交换和潜热交换的代数和。
基本介绍
- 中文名:空气与水的热湿交换
- 本质:显热交换与潜热交换
- 套用:空气的热湿处理
热湿交换原理
温差是热交换的推动力,而水蒸气分压力差则是湿交换的推动力。
当空气与敞开水面或飞溅水滴表面接触时,由于水分子做不规则运动的结果,在贴近水表面处存在一个温度等于水表面温度的饱和空气边界层,而且边界层的水蒸气分压力取决于水表面温度。空气与水之间的热湿交换量和边界层周围空气与边界层内饱和空气之间的温差及水蒸气分压力差的大小有关。
如果边界层内空气温度高于主体温度,则由边界层向主体空气传热,反之。则由主体空气向边界层传热。
如果边界层内水蒸气分压力大于主体空气的水蒸气分压力,则水蒸气分子将由边界层向主体空气迁移,反之,则水蒸气分子将由主体空气向边界层迁移。所谓“蒸发”与“凝结”现象就是这种水蒸气分子迁移的结果。在蒸发过程中,边界层减少了的水蒸气分子又由水面跃出的水分子补充;在凝结过程中,边界层中过多的水蒸气分子将回到水面。
状态变化过程
假想条件下的状态变化过程

空气与水直接接触时,水表面形成的饱和空气边界层与主体空气之间通过分子扩散与紊流扩散,使边界层的饱和空气与主体空气不断混掺,从而使主体空气状态发生变化。因此,空气与水的热湿交换过程可以视为主体空气与边界层空气不断混合的过程。
为分析方便起见,假定与空气接触的水量无限大,接触时间无限长,即在所谓假想条件下,全部空气都能达到具有饱和水温的饱和状态点。在该假定条件下,随水温不同,可得到七种典型空气状态变化过程:
过程线 | 水温特点 | 温度或显热 | 含湿量或潜热 | 焓或总热 | 过程名称 |
A-1 | tw<tl | 减 | 减 | 减 | 减湿冷却 |
A-2 | tw=tl | 减 | 不变 | 减 | 等湿冷却 |
A-3 | tl<tw<ts | 减 | 增 | 减 | 减焓加湿 |
A-4 | tw=ts | 减 | 增 | 不变 | 等焓加湿 |
A-5 | ts<tw<tA | 减 | 增 | 增 | 增焓加湿 |
A-6 | tw=tA | 不变 | 增 | 增 | 等温加湿 |
A-7 | tw>tA | 增 | 增 | 增 | 增温加湿 |
注:tA,ts,tl为空气的干球温度、湿球温度和露点温度,tw为水温。
理想条件下的状态变化过程
理想条件:空气与水的接触时间足够长,但水量有限。
状态变化过程:水温发生变化,全部空气都能达到饱和状态,且空气终温等于水终温。

实际条件下的状态变化过程
实际条件:空气与水接触时间有限,水量有限。
状态变化过程:既不是直线,也难于达到与水的终温(顺流)或初温(逆流)相等的饱和状态。
然而在工程中人们关心的只是空气处理的结果,而并不关心空气状态变化的轨迹,所以在已知空气终状态时仍可用连线空气初、终状态的直线来表示空气状态的变化过程。