A2-04 · 基础理论与共性技术 / 流体、两相流与湿空气
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一课题可并存多讲师版本
课程大纲
学完能做什么
- 能在焓湿图上由任意两个独立参数定出湿空气状态点
- 能画出冷却除湿过程线，读出析水量与所需的蒸发器表面温度
- 能把座舱负荷拆成显热与潜热，算出显热比 SHF
- 能算内外循环混风后的状态点，量化新风比例的能耗代价
- 能用露点判据判断风窗会不会起雾，并定出内循环的边界
内容大纲
- 湿空气的参数体系
- 干空气 + 水蒸气的理想混合物；为什么一切都按「每 kg 干空气」记账
- 含湿量 d、相对湿度 φ、水蒸气分压 p_v 三者的换算关系
- 露点温度 t_d、湿球温度 t_wb 与绝热饱和的物理意义
- 比焓 h 的两项：显热项 + 潜热项，潜热项的系数为什么那么大
- 霜点温度 t_f 与露点 t_d 的区别：冰面饱和压力低于同温过冷水，故 **t_f 比 t_d 高 0.2~1 K**。但工程与实验的起霜闸门一律用**露点线**——0~−8℃ 区实际是先凝露再冻结，露点线与实测起霜点更吻合（该判据的主讲位在 A3-04 §3.1，C3-04 只是引用）
- 焓湿图判读
- 图上六族线：等 t、等 d、等 φ、等 h、等 t_wb、等比容
- 饱和线 φ=100% 与露点的几何含义：从状态点水平左移交饱和线
- 大气压对图的影响：高原必须换图，海平面的图直接用会错
- 由两个独立参数定点：常用组合 (t, φ) 与 (t, t_wb)
- 座舱里的四种典型过程
- 显热加热/冷却：d 不变，在图上水平走
- 冷却除湿：沿过程线走向机器露点 ADP，越过饱和线开始析水
- 混风：内外循环按质量比在两状态点连线上取点
- 再热：先过冷除湿再加热——除湿的代价，也是低温除雾的常规手段
- 负荷拆分与工程用法
- 显热负荷 vs 潜热负荷；SHF = Q_s/Q_total 决定过程线斜率
- 湿源盘点：乘员散湿、新风带湿、渗漏、雨天衣物带水
- 旁通因子 BF / 接触系数：为什么出风温度永远到不了 ADP
- 蒸发温度上移的边界：够除湿即可，再低就是浪费（承接 C1-05）
- 整车落地：pull-down 与除雾
- 高温高湿 pull-down：初期潜热占比高、SHF 低，制冷量大半花在拧水上
- 除雾判据：玻璃内表面温度 vs 车内空气露点，差值决定起不起雾
- 内循环省能 vs 湿度累积起雾：这是能耗与安全的直接冲突
- 冷凝水量估算与排水/防霉（→ C2-12 与 C5-03）
关键公式
d = 0.622·p_v/(p − p_v)
含湿量（kg 水 / kg 干空气）；高原上总压 p 变小，同 φ 下 d 反而变大
h = 1.005·t + d·(2501 + 1.86·t) [kJ/kg 干空气]
湿空气比焓：第一项是显热，括号里的 2501 是 0℃ 水的汽化潜热，潜热项常常是大头
Q = ṁ_a·(h₁ − h₂)
空气侧总换热量（焓差法）：显热潜热一并算清，是台架标定的基准算法
Q_s = ṁ_a·c_p·(t₁ − t₂)；Q_l = ṁ_a·r·(d₁ − d₂)
显热/潜热拆分；两者之和应与焓差法结果对上，对不上就是数据或状态点有问题
SHF = Q_s/(Q_s + Q_l)
显热比：决定过程线在焓湿图上的斜率，也决定蒸发器表面该压到多低
h_m = (ṁ_a1·h₁ + ṁ_a2·h₂)/(ṁ_a1 + ṁ_a2)，d_m 同理
混风：内外循环的混合点落在两状态点连线上，按质量流量比分割线段
关键概念
含湿量 d相对湿度 φ露点温度湿球温度比焓焓湿图机器露点 ADP旁通因子 BF显热比 SHF冷却除湿混风再热
推荐工具与标准
焓湿图（Mollier h-d 图 / ASHRAE psychrometric chart） CoolProp HAPropsSI（湿空气物性函数） EES / Excel 湿空气函数库 KULI / GT-SUITE（座舱与 HVAC 空气侧模型） 温湿度传感器与露点仪（台架与整车实测）
ASHRAE Handbook—Fundamentals（Psychrometrics 湿空气章） GB 11555-2025《汽车风窗玻璃除霜和除雾系统技术规范》（2026-01-01 实施，全部代替 2009 版） 本课为湿空气分析方法学，无对口的产品级强制标准；空气侧焓差法与除湿能力的台架判据按被测对象选标准——燃油车空调器整机见 GB/T 21361-2017《汽车用空调器》（推荐性国标，2017-07-12 发布 / 2018-02-01 实施），电驱动空调系统与热泵制热工况另有对口件，按现行版本确认；整机与总成层面的用法见 C1-01、C2-12
工程案例
高温高湿 pull-down（比如 38℃、相对湿度 60% 起步）：在焓湿图上画出内循环回风经蒸发器的冷却除湿过程线，会看到最初几分钟潜热占比高、SHF 明显偏低——制冷量大半花在拧水上，干球温度掉得慢。这正是「刚上车不制冷」的由来。
动手做
交付物 · 取一组实测数据（蒸发器进风 t/φ、出风 t/φ、风量）：① 在焓湿图上定出进出风状态点并画过程线；② 用焓差法算总换热量，再拆出显热/潜热与 SHF，两条路径对账；③ 估算每小时析水量，与实车排水口收集量比对。交付一张标注过的焓湿图。
常见误区
- 拿相对湿度当湿量比较：40℃/50% 的含湿量远高于 20℃/80%，只看 φ 会把潜热负荷判反
- 焓湿图不看大气压：高原上套用海平面的图，d 和 h 都会错，高海拔标定尤其要注意
- 只按干球温差算负荷：漏掉潜热那一块，高温高湿工况会把所需制冷量选小
- 以为出风温度等于机器露点 ADP：有旁通因子在，一部分空气没接触翅片就穿过去了，出风是混合结果
- 为省电一直内循环：乘员散湿累积把车内露点抬上去，玻璃内表面一到露点就起雾——除雾是安全底线，不能让给能耗
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