工程热力学：16-理想气体混合物及湿空气

1、能源与动力工程学院School of Energy and Power Engineering工 程 热 力 学 Engineering Thermodynamics 第十二章理想气体混合物及湿空气什么是理想气体混合物？对于理想气体混合物，需要解决：为什么要研究理想气体混合物？怎样研究理想气体混合物？混合物与纯物质纯物质一种化学成分组成混合物多种化学成分（纯物质）组成的物质（空气，燃气等）H2O CO2混合物中的纯物质称组元过程中组元的量不变的混合物可视为纯物质（如干空气）压气机Air什么是理想气体混合物？ N2 H2组成混合物的组元全部都处于理想气体状态时，混合物也处于理想气体状态，成为理想

2、气体混合物。混合物与纯物质为什么要研究理想气体混合物？航空替代燃料就是燃气与生物质燃料的混合干空气、湿空气、燃气工程热力学涉及到的大部分工质都是混合气理想气体混合物12-1.道尔顿分压力定律12-2.亚美格分体积定律 12-3.三种分数的关系12-4.混合物的比热容与能、焓、熵变怎样研究理想气体混合物？气体的状态参数：压力、体积、温度、热熔、热能、焓、熵等如何计算？(Daltonlawofpartialpressure)道尔顿分压力定律（1801）对于理想气体理想气体混合物各组成气体的状态与该气体在同体同温下的状态相同,气体的总效应由状态量(广延)的可加性确定.麽尔分数体积分数同温同压分体积分

3、容前后各组分的状态发生了变化亚美格分体积定律(Amagat lawofpartialvolume) 容易测量麽尔分数体积分数质量分数三种分数的关系麽尔分数体积分数质量分数折合摩尔质量折合气体常数如何求其它形式的状态方程?折合气体常数折合麽尔质量理想气体混合物12-1.道尔顿分压力定律12-2.亚美格分体积定律 12-3.三种分数的关系12-4.混合物的比热容与能、焓、熵变怎样研究理想气体混合物？气体的状态参数：压力、体积、温度、热熔、热能、焓、熵等如何计算？组元状态由于温度、体积(气体分子的活动空间)与气体组成无关,混合前后各组元状态没有改变，组元状态量（广延）为能焓熵？为什么？能焓熵质量分数

4、理想气体混合物的比热容与能、焓、熵变能焓熵质量分数理想气体性质与组分有关熵的数学表达式：查表当组分不变时 大气是由干空气和一定量的水蒸气混合而成的，我们称其为湿空气。干空气的成分主要是氮（78）、氧（21）、氩（0.93）、二氧化碳（0.03）及其它微量气体。湿空气常温常压下湿空气中的干空气基本上是一个稳定的混合物，可视为纯物质。 常温常压下湿空气中的水蒸气量可能变。湿空气模型 在需要考虑湿度的热力过程中，湿空气可视为干空气与水蒸汽的混合物 在冷却塔、空调、烘干等工程中，空气的湿度与温度是两个相关的热工参数，它们具有同样的重要意义。湿度控制有何应用呢？为什么要研究湿空气22冷却塔（自然对流式）

5、水量平衡需要计算含湿量冷却塔（强迫对流式）水量平衡需要计算含湿量 环境湿度过低时，体表汗液蒸发量增加，皮肤会感觉过于干燥。而湿度过大时，体表出的汗不能及时、充分地蒸发掉，积于皮肤表面，使人体不舒适感觉加大。因此，为了提高人体热舒适性，应正确控制室内相对湿度值。湿度控制的应用在空气调节的应用：提高人体舒适感湿度控制的应用在航天科技中的应用：将乘员舱大气湿度控制于乘员的舒适水平湿度控制的应用在通信行业的应用：确保设备可靠性湿度控制的应用在精密实验室：确保设备可靠性和加工精度湿空气(moist air)12-5.湿空气可视为理想气体混合物 12-6.如何描述湿空气的湿度12-8.如何量测湿度12-7

6、.如何计算湿空气的状态参数12-10.湿空气的热力过程12-9.焓湿图 湿空气的性质： 理解湿空气、相对湿度、含湿量、干球温度、湿球温度、露点温度等概念及物理意义等。 熟练使用湿空气的焓-湿图 湿空气的基本热力过程的计算和分析。重点内容 湿空气热力学（测湿学）psychrometrics研究湿空气热力特性，湿度的量测及应用 a干空气(air)v水蒸气(vapor)s饱和水蒸气(saturated vapor) c临界参数 无下标为湿空气（混合物）参数下标约定临界温度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，液相或固相中不包含溶解的空气；空气的存在不影响水蒸汽与水的相平衡。以上

7、假定在高压下可能导致较大的误差。湿空气可视为理想气体混合物 湿空气与一般理想混合气体的最大区别是水蒸气的含量是变量如何描述湿空气的湿度湿度是表示空气中水蒸汽含量多少的尺度常用来表示空气湿度的方法有：相对湿度（饱和度）含湿量d（比湿度）Specific humidity Relative humidity TspVps相对湿度定义pV饱和湿空气=干空气饱和水蒸气12312未饱和湿空气 =干空气过热蒸汽3干空气T(V)相对湿度pV= 0 mV=0TspVps相对湿度特性12 相对湿度表征湿空气中水蒸气接近饱和含量的程度。 值小，说明湿空气饱和程度小，吸收水蒸气的能力强； 值大则说明湿空气饱和程度大

8、，吸收水蒸气的能力弱。改变水蒸气量，pv如何改变湿空气的相对湿度TspV定压加热（冷却），pv不变Ts2pV321绝热蒸发加湿pa+pvH2Oppa+pv定压加热0100-30-2湿空气中干空气的量总不变，以此为计算基准 含湿量kg水蒸气/kg干空气含湿量 相对湿度不能完全反应含湿多少独立参数32结露与露点 如何去湿？Ts1pV122”TdT1T23T1T2 Td = Ts (pv)2pp露点温度T2 tw td三种温度的关系干湿球温度焓湿图dh焓湿图dhh焓湿图的结构pVddh不同的p不同的 h-d 图避免与等温线混淆d 正斜率的直线 等干球温度线h21等相对湿度线hdt为参数曲线方程当即d

9、等比体积线当h露点 td 与湿球温度tw hpV（pV ，t）绝热饱和过程12露点d湿空气的基本热力过程11234纯加热(冷却)过程( d 不变 )加湿过程去湿过程绝热混合过程物理模型稳定开口系2除换热器外，忽略与环境的换热下标约定液态水参数用下标w表示4忽略进出口动势能差5总压一般为大气压3无作功纯加热(冷却)过程hd加热器加热 d 不变湿空气目的在于改变相对湿度。冷却绝热加湿过程（增加d）h加水或汽 tw湿空气 出口温度取决于加水的状态。加水常降温（蒸发冷却），加汽常升温 常需求d2与t2冷却去湿过程h湿空气凝结水冷却管露点出水 常需求mw与qh2h3-h1绝热混合过程hh3d1d2d3h

10、2-h3h1d3-d1d2-d3h1 ; d1h2 ; d2h3 ; d3质量能量能量夏季，又热又湿的南方地区的空调常才采用这种过程空调的去湿加热凝结水冷却管冬季，又冷又干燥的北方地区的空调常才采用这种过程空调的加热加湿hd加热器喷蒸汽123烘干hd干燥器加热器加热器:纯加热过程干燥器:蒸发冷却加湿过程 图为冷却塔示意图，高温水自上而下，未饱和湿空气自下而上在塔内与水进行热质交 换，各截面参数如图示。若 且忽略风扇功率，求：1）入塔空气体积流量 ； 2）补充水质量流量.冷却塔补充水冷水热水空气系统边界空气1243解：冷却塔补充水冷水热水空气系统边界空气1243又查图冷却塔补充水冷水热水空气系统边界空气1243查表理想气体区误差小于0.8%pV等压线湿空气中水蒸汽可模化为理想气体0.01atm干空气对水蒸汽过程无影响干球温度计湿球温度计刻度盘纱布水槽69判断正误1. 空气在燃料燃烧时可视为纯物质压3。理想气体混合物独立强度状态参数等于组元数加24. 湿空气在常温下可视为理想气体混合物5. 质量分数等于压力分数，体积分数等于麽尔分数2. 理想气体混合物组元的状态与同压同温单独存在的状