第1篇第3章混合气体与湿空气

1、主要内容混合扎俸的今压力定律莉今俸初第一节第二节 混合九俸的嵐今素示依第三节 混合九俸的比藝客、藏力修饨、燈和 爛第四节湿空九的相对湿决第五节湿空九的比湿茨莉湿凌(X) S刖肓0热工中常见工质大都是几种气体的混合物；W 空气本身即为气体混合物:空气成分包括:N2, CO?、水蒸气及惰性气体等; 空调工程中，一般认为空气是由干空气和一定量水蒸气组成的混合物，称为湿空气:干空气；3包括：N2, CO?及惰性气体等Q通常情况，其组成基本上不变； 03热力性质稳定，可以当成一个整体看待;刖吞3数量很少，但却不是固定不变的。随着气象条 件的变化和水蒸气的来源而变化；eg水蒸气的多少（潮湿程度）对生产和生

2、活有十 分重要的影响;；5在某些特定情况下（如烘干、采暖、加湿除湿 等场所），其含量有特殊作用。5大气中的水蒸气一般处于过热状态，分压力较 低，可以当做理想气体来看待。、混合气体概述混合气体的热力学性质取决于各组分的热力学性质及成分;若各气体均处于理想气体状态，则混合气体也处于理想气体状态;理想混合气体:由若干不同理想气体所组成。理想混合气体满足理想气体的一切热力学性质O理想混合气体遵循理想气体状态方程; pV=nRT/摩尔体积g匕g=22.4 l/mol/通用气体常数；R 二 RgMe产&314 J/(mobK)/焙、嫡及比热容都满足单组份气体的定理和公式;/平衡状态下理想混合气体中，各组分

3、气体各自不影响地充满整个体积，其行为与各自独立存在时一样0二、分压力定律与分体积定律观定义$混合气体中某一组分在单独占有混合气体的体 积、并具有与混合气体相同温度时所具有的压力。T、V-Pi道尔顿分压定律由理想气体状态方程py =比灯=工(pV)=工(RT) V 工 Pi = Rlrij = nRT= pV 得道尔顿分压定律卩二工卩严P+ P? +i=工程热力学分体积定义：各组分气体保持与混合气体相同的压力P和温度 T的条件下，单独分离出来时所占有的体积。T、Pt匕分体积定律由理想气体状态方程= njRTn工（pVJ二工gRT）= py. = RT = nRT= pV所以，得到分体积定律。v

4、= 匕=片+ / + 匕1=二着之间的关系由状态方程分别有PY = nRT 亠工(pVJ = ERT) pV = RT 亠工= ”jRT)因此pvt = ptv第二节混合气体的成分表示法*混合气体的成分表示法已知理想混合气体由n种理想气体组成，其中任一种 组成气体的质量为nii，分体积为y,千摩尔数为比(1=12,n),则理想混合气体的分数分别为 1、质量分数混合气体总质量m =工“1=1第i种组成气体的质量分数e 因此5严1工程热力学娥热学 2、体积分数第i种组成气体的体积分数Vr由V二工匕=K+卩2+K有 工0T1=由状态方程有pvj = py V.Pi=jp = pp 因此(p.-。,P

5、 3、摩尔分数混合气体总摩尔数7 = 1第i种组成气体的摩尔分数兀=n因此有工兀二1 0工程热力学 4、各种分数之间的换算质量分数与体积分数百=m“T/p =皿“鼻y叽p叫人旳 式中，Rj第i种组成气体的气体常数；Rg,eq混合气体的气体折合常数。摩尔分数与体积分数v V n.V Vmn式中，Vm,i第种组成气体的摩尔体积; 匕一一混合气体的摩尔体积。工程热力学根据阿伏伽德罗定律：V/7U.= Vmo因此V- niV n即：混合气体的体积分数与摩尔分数在数值上相等。 5、分压力的确定根据分压力和分体积的概念，分别写出混合气体 中第i组分的状态方程piV=niRTpM = RT因此，pV = p

6、Vpi=(pip = xip 6、理想混合气体的折合摩尔质量和折合气体常Vm.YYIM = = kg/kmoln（0心）JgK）Meq i=:例7J某船烟囱每秒排出绝对压力为O.llMpa、温度为 300C的烟气60m3,由烟气分析器测得烟气的摩尔分数如 下所示，试求每秒排出烟气的质量以及各组成气体的质量。解：兀撮据刎笼備状恿谢舉 怒如规Q蜩总摩际褻745PV = nRMTPV 0.11x106x60=1.3854kmol= 8314x(300+273)n = 0.099x1.3854= 0.137kmoln(n = n = 0.104x 1.3854= 0.144kmolC t?2C匚 =n

7、 = 0.052x 1.3854= Q.012kmol nH2o = XH2onN =n = 0.745x 1.3854= 1.03 Vcmol mc(h = Mc(h n = 0.144x44= 6.336cg m() = M鮎卅=0.072x32= 2.30我gmH () = Mg n = 0.137x18 = 2.468fcgn2=M = 1.031x28 = 28.892lg01、理想混合气体的比热容对第i种组分o).ci ,因此理想混合气体的质量比热容C C/1=1理想混合气体的体积比热容nC丄工0C；心1 2.理想混合气体的热力学能理想混合气体的热力学能为各组成气体热力学能之和Uu

8、 =m03、理想混合气体的熔说明H =乞比=jmihii=i=因为各组分都是理想气体，温度同为T，所以，理想混合气体的热力学能和熔也是温度的单值函数 = fu(T) h = fh(T)专4、理想混合气体的储爛不仅与温度有关，而且还与压力有关。因为温度为T的 组成气体单独存在于体积V中，其分压力为R,所以计算 组成气体比爛的变化量时应采用其分压力R ,而不是理想 混合气体的压力P,即flnnAv = 22 (cpi In - Rt In,=iPh1 湿空气和干空气湿空气：是指含有水蒸气的空气;干空气：是指完全不含水蒸气的空气。湿空气的特点:湿空气可以看作是理想气体的混合物；水蒸气分压 力很小，多

9、处过热状态Y较大如湿空气来自环境大气卩=氾1湿空气遵守道尔顿分压力定律；P = Pv + Pao 湿空气是定组元，变成分的混合气体。/干空气的含量在过程中恒定不变；/水蒸气的含量或成分会变化。2.未饱和湿空气与饱和湿空气空气中水蒸气的含量不同即分压力有高低。或处于过热状态或处于饱和状态。 1）未饱和湿空气:由干空气和过热水蒸汽组成的湿空气。设：湿空气温度T （相应饱和压力Ps）,水蒸气 的分压力Pvo/若PvPs，湿空气中水蒸气处于过热状态；/未饱和湿空气可理解为：水蒸气的分压力尚未达到湿 空气温度下的饱和压力當水蒸气分压力:Pv Ps( =仇冲X水蒸气的密度：/)水蒸气的分压力还可继续增大;

10、/未饱和湿空气还具有吸收水分的能力。CPv如何将过热蒸汽转 变为饱和蒸汽？“T 一定时，增加水蒸气 含量，使Pv不断增大。 当Pv二Ps（T）,湿空气中 水蒸气达到饱和，过热 蒸汽一一干饱和蒸汽， 不再具有吸收水分的能 力60 2）饱和湿空气:由干空气和干饱和水蒸气组成/“饱和”的含义：pv =Pv,max = Ps（）水蒸气的分压力 达到最大值;“/在该温度下，湿空气不可能再吸收水分，达到饱和；/向饱和湿空气加入水蒸气，将凝结成水滴析出。如何将未饱和湿空气-饱和湿空气。A-ComaxJTW-P方法保持T不变，增加Pv =Pv,max =Ps（T）， 方法2：保持水蒸气含量（pj不变，降低湿空

11、气温度T=TS （Pv）场 A-Bq/降低饱和湿空气的温度将有水蒸气凝结为水滴从空3 湿空气的相对湿度湿空气的湿度:是指湿空气中水蒸气的含量。 1绝对湿度:（1）定义:lm3的湿空气中所含水蒸气的质量;（2）表示；(1)定义：湿空气的绝对湿度与同温度下湿空气的最大绝对湿度之比*0=厶=厶P S Ps(2)几点说明2/相对湿度：0(pl/相对湿度越小，湿空气中水蒸气偏离饱和状态越 远，空气越干燥，吸湿能力越强。卩=0 *对应于干空气；/ 0 = 1 ,湿空气为饱和湿空气。 1.露点未饱和湿空气称为饱和空气的途径；9(1)保持温度不变，增加水蒸气含量(分压 力八 (2)保持水蒸气含量不变，降低温度

12、；保持湿空气中水蒸气的分压力不变，对饱和湿空气 继续冷却降温，则其中的部分水蒸气将凝结为水， 这种现象称为结露。q举例：冬季的玻璃窗上或者夏季自来水管壁上常 常可以看到凝结水或者露水q 2湿球温度湿球温度计原理:利用普通水 银温度计，将其球部用湿纱布 包敷，则成为湿球温度计，纱 布纤维的毛细作用，能从盛水 容器内不断地吸水以湿润湿球表面,因此，湿球温度计所指示的温度值实际上是球表面水的温度。空气的相对湿度可以由湿球温 度计测量干、湿度温度得到。湿球温度计读数稳定时，湿球纱布表面上的热量平衡:图I.W 湿球农曲空气状态Qi=Q?其中：1. 空气对湿球纱布的传热量Q2, =a(t-tw)F2. 湿

13、球纱布上水分蒸发所吸收 的汽化潜热Q?0 =W式中，W湿球纱布上水分 蒸发量；水的汽化潜热。其中：w=0(p；_p,)F巴竺 河入Q尸有 a(t-tw)F = Mps-pv)F101325整理得 pv=ps-A(t-tw)B式中心 a10132洌带入相对湿度公式得（p=xiQm=PsAtwB xiomPsPs因此，干球温度、湿球温度和露点温度关系为 对于未饱和空气（0twtd 对未饱和空气（0=1）t=tw= ld工程热力学0仁湿空气的含湿量（比湿度） 1）含湿量（1）定义:在湿空气中，每千克干空气中所含有的 水蒸气量,常用d表示，单位：kg/kg干空气。d亠Z 叫 pa公式；（3）含湿量与水

14、蒸气分压力，相对湿度美系对湿空气中干空气和水蒸气应用理想气体状态 方程和道尔顿分压力定律；py=叫 Rg,T py = maRgJ带入含湿量定义式求出叫、ma,d = Rg-P = = 0.622kg/kg=F 空气Rg,Pa 46Kp-几)P Pv其中匸P = Pv+PaRg,a = 2877 /(kg K) Rg v= 461.5丿 /(kg K)Psd=0.622申 Pkg/kg=F 空气P 申 Ps由得 2）湿空气的其它参数（1）湿空气的密度和比体积由理想气体状态方程得P = Pa+P.Pa再由 Pa=PCPPsRs,a = 287/ /(kg K) Rgv = 461.5J /(kg

15、 K) 得湿空气密度的计算式0.0034 障一 0.0013 呼/大气压力和温度相同情况下，湿空气的密度小于干空气的密度，即湿空气比干空气轻。、R + dRg,ag,v湿空气的比体积RTv = (l + d)PRs湿空气的气体常数；nd工程蹴力学(2)湿空气的焙A定义：lkg干空气的焙加上含有lkg干空气的湿空 气中dkg千克水蒸气的焙，称为(1+d) kg湿空气 的焙A如果基准取0C的干空气和0C的水的焰为零。则 湿空气的焙可表示为h 二= ha+d-hv式中h =lkg干空气的焙，kJ/kg；hlkg水蒸气的熠，kJ/kg:d含湿量；其中;ha nlObhv = 2500+C/八 Z =

16、2500+1.8编式中，2500为0C时水的汽化潜热，kJ/kg；Cp,a为干空气的定压比热,kJ/ (kg c):。叩为水蒸气的定压比热，kJ/ (kg C) o因此,整理得/z = (1.01+1.84ZX + 250QZ02.湿度图（ CD t）/彳工程热力学 纯热学理想混合气体和湿空气注意Q相对湿度表示空气接近饱和的程度，并不反映空气中水蒸气的含量;Q含湿量表示空气中水蒸气的含量，却无法直观地反映出空气的潮湿程度和吸收水分的能力。思考题d =0.6220P QPs1相对湿度为cp二0时，说明空气中完全没有水蒸气。2.相对湿度为cp二1时，说明空气中都是水蒸气。3空气的相对湿度越大，其含湿量越高。4.对未饱和湿空气，露点温度即水蒸气分压力所 对应的水的饱和温度。pt0.622 (PPsP7Ps思考题5. pV二nRT公式适用于：(1)水蒸气(2)湿空气(3)理想气体6湿空气的d定时，温度越高，其吸湿能力：(1)越强(2)越弱(3)相等7湿空气压力一定时，其