理想气体混合气体及湿空气.

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1、Han Dong-TaiHan Dong-Tai 3 3 理想混合气体及湿空气理想混合气体及湿空气 假定：假定： 1.1.混合气体内部无化学反应，成分不变；混合气体内部无化学反应，成分不变； 2.2.各组元气体都有理想气体的性质，各组元气体都有理想气体的性质， 3.3.混合后仍具有理想气体的性质；混合后仍具有理想气体的性质； 4.4.各组元气体彼此独立，互不影响。各组元气体彼此独立，互不影响。 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 相对成分相对成分= = 分分 量量 总总 量量 相对成分相对成分 混混 合合 气气 体体 质量质量kgkg 摩尔数摩尔数kmol kmol 容积容积mm

2、 3 3 项项 目目 第第 i i 种组成气体种组成气体 绝对成分绝对成分 一、混合气体成分 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 体积分数： 质量分数： 摩尔分数： ？ Han Dong-TaiHan Dong-Tai Han Dong-TaiHan Dong-Tai 二、混合气体平均分子量和气体常数 平均分子量 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 混合气体的气体常数 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 三、道尔顿分压力定律 1、分压力 在与混合物温度相 同的情况下，每一种组 成气体都独自占据体积V 时，组成气体的压力称 为分压力。用pi表示。 Han

3、 Dong-TaiHan Dong-Tai T, V p1 T, V p2 T, V p n T, V 2、分压力定律 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 混合气体的总压力等于各 组成气体分压力之和，称为道 尔顿(Dalton)分压定律 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 四、混合气体的比热、内能、焓和熵 1、混合气体比热容 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 2、混合气体内能和焓 内能和焓均为广延参数 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 3、混合气体的熵 熵为广延参数 熵变 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 1. 1.混

4、合气体的内能、焓、熵为其各组元相应参数的总混合气体的内能、焓、熵为其各组元相应参数的总 和；和； 2.2.混合气体的比内能、比焓、比熵和比热为各组元的混合气体的比内能、比焓、比熵和比热为各组元的 相应参数与质量成分乘积的总和，相应参数与质量成分乘积的总和， 3.3.混合气体的摩尔内能、摩尔焓等为各组元的相应参混合气体的摩尔内能、摩尔焓等为各组元的相应参 数与摩尔成分乘积的总和；数与摩尔成分乘积的总和； 4.4.各组成的气体的参数均按其分压力和混合气体温度各组成的气体的参数均按其分压力和混合气体温度 计算。计算。 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 例 试求空气在自由膨胀中比熵的变

5、化量，已知初态 空气的温度为 ，体积为 ，膨胀终了的容积 解：取整个容器内的空气为孤立系统（系统与外界 无功、热及物质交换） 即： Han Dong-TaiHan Dong-Tai 湿空气湿空气 教学目标：使学生了解空调工程中，湿空气是如何进 行调节的，并能进行湿空气各种过程的热力计算。了 解冷却塔的原理。 知识点：湿空气的性质；湿空气的焓湿图；湿空气的 基本热力过程。 重 点： 湿空气的h-d图的使用，它是学习通风空 调等课程不可缺少的理论基础。 难 点： 由于学生未接触专业课程，因此湿空气在 工程上进行的各种热力过程及其计算是本章难点。 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 空

6、调系统冷却塔图片空调系统冷却塔图片 Han Dong-TaiHan Dong-Tai Han Dong-TaiHan Dong-Tai Han Dong-TaiHan Dong-Tai Han Dong-TaiHan Dong-Tai 一 湿空气的相对湿度一 湿空气的相对湿度 2.2.涉及湿空气的常见的工业过程涉及湿空气的常见的工业过程 空气温度与湿度调节过程、物体的干燥过程空气温度与湿度调节过程、物体的干燥过程 、冷却水塔中的水冷却过程等。、冷却水塔中的水冷却过程等。 1.1. 干空气与湿空气干空气与湿空气 干空气干空气不含水蒸汽的空气称为干空气。不含水蒸汽的空气称为干空气。 湿空气湿空气含

7、水蒸汽的空气称为湿空气。含水蒸汽的空气称为湿空气。 湿空气湿空气= =干空气水蒸汽干空气水蒸汽 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 3.3.分析湿空气时假定：分析湿空气时假定： 把气相混合物看作是理想气体混合物把气相混合物看作是理想气体混合物 ； 当蒸汽凝结成液相或固相时，液相或当蒸汽凝结成液相或固相时，液相或 固相中不包含溶解的空气；固相中不包含溶解的空气； 空气的存在不影响蒸汽与其凝聚相之空气的存在不影响蒸汽与其凝聚相之 间的相平衡。间的相平衡。 以上假定在高压下可能导致较大的误差。 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 4.4.下标约定：下标约定： a a干空气

8、干空气 v v水蒸汽水蒸汽 s s饱和水蒸汽饱和水蒸汽 无下标为湿空气参数无下标为湿空气参数 注意注意: :其他教材有时上下标其他教材有时上下标“ “w w” ”代表水蒸气的参代表水蒸气的参 数，书本上用的是数，书本上用的是“ “v v” ”! ! Han Dong-TaiHan Dong-Tai 5.5.未饱和空气和饱和空气未饱和空气和饱和空气 未饱和空气未饱和空气是由干空气与过热蒸是由干空气与过热蒸 汽组成的混合物。汽组成的混合物。 饱和空气饱和空气是由干空气与饱和蒸汽组是由干空气与饱和蒸汽组 成的混合物成的混合物。 饱和空气饱和空气= =干空气干空气+ +饱和蒸汽饱和蒸汽 未饱和空气未饱

9、和空气= =干空气过热蒸汽干空气过热蒸汽 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 所以空气饱和与否取决于t，pv 空气中的水蒸气 空气达成饱和的途径 t不变，pv上升，pv=ps(t) pv不变，t下降 t=ts(pv) Han Dong-TaiHan Dong-Tai 6.6.绝对湿度和相对湿度绝对湿度和相对湿度 绝对湿度 单位容积的湿空气中包含的水蒸汽质量 ，也就是水蒸汽的密度。 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 湿空气中水蒸汽的分压力愈大，其绝对湿度 愈大； 水蒸汽的分压力不可能超过该温度下水蒸汽 的饱和压力。 在一定温度下： 水蒸汽达到饱和时，湿空气具有该温度

10、下最大绝 对湿度，这时的空气称为饱和空气饱和空气。 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 湿空气未达到饱和时，其中水蒸汽的 分压力总小于饱和压力，水蒸汽处于过热过热 状态，状态，这时湿空气为未饱和空气未饱和空气。 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 相对湿度 湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝 对湿度的比值为相对湿度 = 0100%，饱和空气的相对湿度为100%； 相对湿度愈小，表示空气中水蒸汽距离饱和 状态愈远，空气吸收水分的能力愈大，即愈干燥 ；反之空气愈潮湿。 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 代入定义式中有：代入定义式中有： 由于：由于：

11、即：即： 相对湿度相对湿度 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 7.7.湿空气的含湿量湿空气的含湿量( (比湿度比湿度) ) 在总压力P 不变的情况下，一定的蒸汽分压力 对应着一定的含湿量。 在总压力P 不变的情况下，相对湿度愈高，含 湿量也愈高。 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 已知图中1、2、3各点在同一等压线上，试比较 其v、及 的大小 解： Han Dong-TaiHan Dong-Tai 1kg干空气与dkg的水蒸汽组成的湿空气，其密 度： 8.8.湿空气的密度湿空气的密度 J/kgkJ/kgk kg/m3 Han Dong-TaiHan Dong-T

12、ai 9.9.湿空气的焓湿空气的焓 考虑到湿空气中水蒸汽的质量经常变化，而干空气的质 量是稳定的，所以湿空气的比焓是相对于单位质量的干空 气而言： 经验公式： Han Dong-TaiHan Dong-Tai 二二 湿空气的露点和湿球温度湿空气的露点和湿球温度 1 1、 露点温度露点温度 在给定的水蒸汽分压力下，使未饱和湿空气变成饱在给定的水蒸汽分压力下，使未饱和湿空气变成饱 和湿空气时所对应的那个温度（水蒸汽分压力所对应和湿空气时所对应的那个温度（水蒸汽分压力所对应 的饱和温度的饱和温度) )称为露点温度称为露点温度t t d d 或简称或简称露点露点。或开始结露或开始结露 的温度称为的温度

13、称为露点温度露点温度。 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 干 球 温 度 计 湿 球 温 度 计 大气 2 2 干湿球温度计示意图干湿球温度计示意图 气流吹过湿份气化表面降温热量传递 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 40 35 30 25 20 15 10 5 0 -5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 % -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 干球温度干球温度t t 湿球温度tw 相对湿度相对湿度 Han Dong-TaiHan Dong-Tai Han Dong-TaiHan Dong-Tai 干球温度干球温度t

14、t、湿球温度、湿球温度t t w w 、露点温度、露点温度 t t d d 之间的关系之间的关系 未饱和湿空气未饱和湿空气 饱和湿空气饱和湿空气 Han Dong-TaiHan Dong-Tai 三、三、 湿空气的湿度湿空气的湿度 图图 为适应工程需要，已有计算湿空气参数及过 程的计算机程序，本课程也提供了应用程序。 有时为方便工程计算，常把湿空气状态参数之 间关系制成图线。湿空气状态参数线图有多种 型式，如焓湿(h-d)图、湿度（-t)图等。这 里介绍湿度（-t)图，如图所示。在该图中具 有以下定值线： Han Dong-TaiHan Dong-Tai Han Dong-TaiHan Don

15、g-Tai (1)定干球温度线(=C)：湿度图以为横坐标，故定 温度线就是一组垂直于横坐标的平行线，位置越 靠右的定温线值越高。 (2)定比湿度线(C)：湿度图以为纵坐标，故 定比湿度线就是一组平行于横坐标的水平线，水平 线的位置越高，值越大； (3)定相对湿度线(C)： 在选定了绘制湿度图的总压力p后，由于水蒸汽饱和压力与温 度一一对应，故相对湿度是温度及比湿度的函数,，因此在 湿度(-t)图上，定线的走向是增大则t增大，或减小则t 减小，成为一条下凹的曲线。当不变时，则t减小增大， 故位置越在图右上方的定线，其值越大。 Han Dong-TaiHan Dong-Tai (4)定焓线(hC)：通常，在空调、烘干等工程中 涉及的温度并不很高，所以由下式知，1.86t相对 于2501可以忽略，故在湿度图上的定焓线，几乎 是一组斜率为正的直线，在不变时越大h也越大 ，故焓值越大的定焓线越在图的右上方。 (5)定湿球