第八章理想混合氣體和濕空氣

Gasmixturesand

AtmosphericAir

本章學(xué)習(xí)內(nèi)容：重點(diǎn)掌握：濕空氣的概念濕空氣的狀態(tài)參數(shù)濕空氣的焓濕圖(h-d

圖)濕空氣的過程及工程應(yīng)用一、理想混合氣體二、濕空氣1工程熱力學(xué)8–1理想混合氣體

工程上常遇到的工質(zhì)往往是由多種氣體構(gòu)成的混合物，如燃?xì)狻煔獾取?/p>

假設(shè)各組元之間無化學(xué)反應(yīng)、無物理作用，相互獨(dú)立，互不影響，混合氣體的性質(zhì)取決于各組成氣體的性質(zhì)和成分，各組成氣體均具有理想氣體的性質(zhì)，混合物也具有理想氣體的一切特性。2工程熱力學(xué)

1.分壓力和道爾頓定律

1)分壓力pi

定義：在混合氣體的溫度下，某種組成氣體單獨(dú)占有混合氣體體積時(shí)所具有的壓力為該組成氣體的分壓力。

是組成氣體在混合氣體中的實(shí)際壓力。

2)道爾頓定律分壓力定律

理想混合氣體的壓力等于各組成氣體分壓力之和。

p=∑pi

一、混合氣體的分壓力定律和分容積定律3工程熱力學(xué)

2.分體積和亞瑪格分體積定律

1)分體積Vi

定義：具有和混合氣體相同的T、p

，組成氣體單獨(dú)存在時(shí)所占有的體積稱為組成氣體的分體積。不代表組元真實(shí)存在的體積。

2)亞瑪格分體積定律

理想混合氣體的總體積等于各組成氣體分體積之和。

V

=∑Vi4工程熱力學(xué)

二、混合氣體的成分（分?jǐn)?shù)）

某組成氣體的含量與混合氣體的總量的比值稱為該組成氣體的成分。

質(zhì)量分?jǐn)?shù)wi=mi/m

∑wi

=1

摩爾分?jǐn)?shù)xi=ni/n

∑xi

=1

體積分?jǐn)?shù)

φi=Vi/V∑φi

=1

體積分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)數(shù)值相等。5工程熱力學(xué)各成分之間的換算關(guān)系6工程熱力學(xué)分壓力和總壓力的關(guān)系7工程熱力學(xué)平均摩爾質(zhì)量(折合摩爾質(zhì)量)平均氣體常數(shù)(折合氣體常數(shù))利用成分求混合氣體的M

和Rg8工程熱力學(xué)三、混合氣體的比熱容、熱力學(xué)能、焓和熵1.熱力學(xué)能和焓

U=∑Ui

mu=∑miuiu=∑wiui

H=∑Hih=∑wihi2.比熱容

cV=du/dT=∑wi

cVi

cp=dh/dT=∑wi

cpi

總參數(shù)具有加和性，比參數(shù)具有加權(quán)性。9工程熱力學(xué)

3.混合氣體的熵

混合氣體的熵等于各組成氣體的熵之和，各組成氣體的熵等于在同樣溫度T時(shí)，單獨(dú)存在于同一體積V中的熵值。

S=∑Si(T,pi)=ms

比熵

s=∑wisi

dsi=cpidT/T-Rgidpi/pi

ds=∑widsi

Δs=∑wi[cpiln(T2/T1)-Rgiln(pi2/pi1)]

混合熵增的計(jì)算10工程熱力學(xué)8-2濕空氣含有水蒸氣的空氣稱為濕空氣；完全不含水蒸氣的空氣稱為干空氣

濕空氣=干空氣+水蒸氣濕空氣中水蒸氣的含量很少，分壓力很低，一般處于過熱狀態(tài)，可視為理想氣體。一、濕空氣的概念

11工程熱力學(xué)濕空氣可看作由干空氣與水蒸氣這兩個(gè)組元所組成的理想混合氣體。干空氣的成分比較穩(wěn)定，而濕空氣中的水蒸氣在自然界大氣中的含量會(huì)有不同，而在干燥過程、空氣調(diào)節(jié)等這些工程過程中則變化更大。我們研究的濕空氣的特點(diǎn):

濕空氣中的水蒸氣的含量發(fā)生變化。12工程熱力學(xué)1、未飽和濕空氣未飽和濕空氣和飽和濕空氣干空氣＋過熱水蒸氣pv

<ps(T)

Tspvps未飽和空氣具有吸濕能力，即它能容納更多的水蒸氣T13工程熱力學(xué)2、飽和濕空氣干空氣＋飽和水蒸氣pv

＝ps(T)

Tsps飽和濕空氣不再具有吸濕能力，如再加入水蒸氣，就會(huì)凝結(jié)出水來。14工程熱力學(xué)從未飽和到飽和的途徑Tspvps1.定溫加水蒸氣pvab

3.

pv

不變，Tdc

2.

pv

，T15工程熱力學(xué)二、濕空氣的狀態(tài)參數(shù)

1.壓力

濕空氣的總壓力等于水蒸氣的分壓力與干空氣分壓力之和。若為大氣則濕空氣的總壓力為大氣壓。水蒸氣分壓力越大，表示濕空氣中所含的水蒸氣越多。16工程熱力學(xué)2.溫度

干球溫度

指用普通溫度計(jì)（又稱干球溫度計(jì)）測(cè)得的溫度，就是濕空氣的溫度t。

露點(diǎn)溫度(露點(diǎn))

在保持濕空氣中水蒸氣分壓力不變的條件下，降低濕空氣溫度，使其達(dá)到飽和狀態(tài)，相應(yīng)的溫度叫濕空氣的露點(diǎn)溫度td

，即對(duì)應(yīng)于水蒸氣分壓力下的飽和溫度。

td=f(pv

)

。17工程熱力學(xué)在絕熱條件下對(duì)濕空氣加入水分，并盡其蒸發(fā)而使?jié)窨諝膺_(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度。實(shí)驗(yàn)表明，濕空氣的絕熱飽和溫度近似等于濕球溫度

tw。往往通過測(cè)量濕球溫度得到絕熱飽和溫度。濕球溫度是指用濕紗布包裹的濕球溫度計(jì)測(cè)得的溫度。絕熱飽和溫度18工程熱力學(xué)干濕球溫度計(jì)由于水蒸發(fā)時(shí)吸收熱量，從而使貼近濕紗布周圍的一層空氣的溫度降低。當(dāng)溫度降低到一定程度時(shí)，外界傳入紗布的熱量正好等于水蒸發(fā)需要的熱量，這時(shí)溫度維持不變，這就是濕球溫度tw

空氣的相對(duì)濕度愈小，水蒸發(fā)得愈快，濕球溫度比干球溫度就低得愈多。19工程熱力學(xué)

干球溫度、濕球溫度、露點(diǎn)溫度三個(gè)溫度之間的關(guān)系

t=tw=tdTstwtdtt>tw>td未飽和濕空氣飽和濕空氣20工程熱力學(xué)21工程熱力學(xué)3.濕度－表示濕空氣中水蒸氣的含量

絕對(duì)濕度單位體積（1m3）濕空氣中所含的水蒸氣的質(zhì)量kg水蒸氣/m3濕空氣飽和濕空氣

有3種表示方法—絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、含濕量22工程熱力學(xué)

絕對(duì)濕度的大小不能完全說明空氣的干燥程度和吸濕能力同樣的絕對(duì)濕度，空氣的溫度較高時(shí)，則該溫度所對(duì)應(yīng)的飽和壓力及飽和水蒸氣密度都較高，濕空氣中的水蒸氣還沒有達(dá)到飽和壓力和飽和密度，因而這時(shí)的空氣還具有較強(qiáng)的吸濕能力。如果空氣溫度較低，則該溫度所對(duì)應(yīng)的飽和壓力和飽和水蒸氣的密度都比較低，絕對(duì)濕度接近飽和濕度，吸濕能力較小，空氣潮濕。23工程熱力學(xué)

相對(duì)濕度濕空氣的水蒸氣分壓力與同溫度下水蒸氣飽和壓力之比。24工程熱力學(xué)＝

1

飽和濕空氣

＝0干空氣

0<<1未飽和濕空氣

越潮濕，吸濕能力低

相對(duì)濕度反映濕空氣中水蒸氣的實(shí)際含量接近最大可能含量的程度，可以說明濕空氣的干濕程度及吸濕能力。25工程熱力學(xué)含濕量濕空氣中干空氣的量不變，以此為計(jì)算基準(zhǔn)

kg水蒸氣/kg干空氣定義含濕量—單位質(zhì)量干空氣中含有水蒸氣的質(zhì)量26工程熱力學(xué)當(dāng)濕空氣總壓力一定時(shí)，含濕量只取決于水蒸氣的分壓力，并隨其提高而增大。因此含濕量與水蒸氣的分壓力不是互相獨(dú)立的參數(shù)。27工程熱力學(xué)4.濕空氣的焓濕空氣的比焓是相對(duì)于單位質(zhì)量的干空氣而言的。28工程熱力學(xué)工程上，取0℃時(shí)干空氣的焓水蒸氣的焓溫度t下飽和水的焓h=0ha=0干空氣的焓29工程熱力學(xué)5.濕空氣的比體積濕空氣的比體積也以單位質(zhì)量干空氣為基準(zhǔn)。30工程熱力學(xué)三、濕空氣的焓濕圖

將濕空氣的狀態(tài)參數(shù)繪制成專用的焓濕（h-d）圖。它不僅可表示濕空氣的狀態(tài)，確定狀態(tài)參數(shù)，而且可方便地表示濕空氣的狀態(tài)變化過程，是工程計(jì)算的一種非常重要的工具。注意

濕空氣的h-d圖，是在一定的壓力下繪制的。31工程熱力學(xué)焓濕圖中的等值線（1）定含濕量線（d=定值）（2）定焓線（h=定值）（3）定干球溫度線（t=常數(shù)）（4）定相對(duì)濕度線（φ=定值）（5）定比體積線（v=定值）（6）水蒸氣壓力pv與焓濕量d的換算關(guān)系線32工程熱力學(xué)33工程熱力學(xué)

利用焓濕圖確定濕空氣的狀態(tài)參數(shù)

例題:

當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)大氣壓力為0.1MPa，空氣溫度為30℃，相對(duì)濕度為60%,試分別用解析法和焓濕圖求濕空氣的露點(diǎn)，含濕量d，水蒸氣分壓力pv

及焓h。34工程熱力學(xué)四、濕空氣過程和工程應(yīng)用1.加熱（或冷卻）過程定濕加熱：加熱或冷卻過程溫度升高，焓值增加，相對(duì)濕度變小。濕空氣吸收的熱量等于焓差。定濕冷卻：35工程熱力學(xué)2.絕熱加濕過程在絕熱條件下向濕空氣噴水，可近似看作定焓過程，吸收水分溫度降低，含濕量增大。絕熱加濕過程36工程熱力學(xué)

3.冷卻去濕

對(duì)飽和濕空氣冷卻會(huì)析出水分，含濕量減少，溫度降低、焓減小。

d2d1d

冷卻去濕過程37工程熱力學(xué)冷卻塔工作原理冷水出口38工程熱力學(xué)工程應(yīng)用：①物料干燥問題

給定濕空氣的t1，p1，φ1，t2，t3確定吸收1kg水分所需的干空氣質(zhì)量；加熱所需的熱量。39工程熱力學(xué)3

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