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混合气体与湿空气本讲稿第一页，共三十七页学习导引学习导引 本章实际上是前面内容的延伸，主要介绍了本章实际上是前面内容的延伸，主要介绍了本章实际上是前面内容的延伸，主要介绍了本章实际上是前面内容的延伸，主要介绍了混合气体和湿空气中的一些相关概念和术语，同混合气体和湿空气中的一些相关概念和术语，同混合气体和湿空气中的一些相关概念和术语，同混合气体和湿空气中的一些相关概念和术语，同时介绍了相应的求解方法，其中湿空气的焓湿图时介绍了相应的求解方法，其中湿空气的焓湿图时介绍了相应的求解方法，其中湿空气的焓湿图时介绍了相应的求解方法，其中湿空气的焓湿图是以后学习和工程应用的基础。是以后学习和工程应用的基础。是以后学习和工程应用的基础。是以后学习和工程应用的基础。本讲稿第二页，共三十七页学习要求学习要求 1.1.理解混合气体的分压力、分体积、成分表理解混合气体的分压力、分体积、成分表理解混合气体的分压力、分体积、成分表理解混合气体的分压力、分体积、成分表示、折合摩尔质量、折合气体常数等概念及意义。示、折合摩尔质量、折合气体常数等概念及意义。示、折合摩尔质量、折合气体常数等概念及意义。示、折合摩尔质量、折合气体常数等概念及意义。2.2.掌握混合气体成分的换算、分压力和比热掌握混合气体成分的换算、分压力和比热掌握混合气体成分的换算、分压力和比热掌握混合气体成分的换算、分压力和比热容的计算方法。容的计算方法。容的计算方法。容的计算方法。3.3.理解湿空气、未饱和湿空气和饱和湿空气的理解湿空气、未饱和湿空气和饱和湿空气的理解湿空气、未饱和湿空气和饱和湿空气的理解湿空气、未饱和湿空气和饱和湿空气的概念和意义。概念和意义。概念和意义。概念和意义。4.4.掌握湿空气状态参数的意义及其计算方法。掌握湿空气状态参数的意义及其计算方法。掌握湿空气状态参数的意义及其计算方法。掌握湿空气状态参数的意义及其计算方法。5.5.熟悉湿空气焓湿图的结构，能熟练应用焓湿熟悉湿空气焓湿图的结构，能熟练应用焓湿熟悉湿空气焓湿图的结构，能熟练应用焓湿熟悉湿空气焓湿图的结构，能熟练应用焓湿图查取湿空气参数。图查取湿空气参数。图查取湿空气参数。图查取湿空气参数。本讲稿第三页，共三十七页本章难点本章难点 1.1.湿空气的基本概念和状态参数较多，理解湿空气的基本概念和状态参数较多，理解湿空气的基本概念和状态参数较多，理解湿空气的基本概念和状态参数较多，理解这些参数的物理意义以及在湿空气热力过程中的这些参数的物理意义以及在湿空气热力过程中的这些参数的物理意义以及在湿空气热力过程中的这些参数的物理意义以及在湿空气热力过程中的作用和计算方法有一定难度。作用和计算方法有一定难度。作用和计算方法有一定难度。作用和计算方法有一定难度。2.2.湿空气焓湿图上有较多的定值线簇，容易湿空气焓湿图上有较多的定值线簇，容易湿空气焓湿图上有较多的定值线簇，容易湿空气焓湿图上有较多的定值线簇，容易混淆，熟练应用焓湿图查取湿空气参数有一定难混淆，熟练应用焓湿图查取湿空气参数有一定难混淆，熟练应用焓湿图查取湿空气参数有一定难混淆，熟练应用焓湿图查取湿空气参数有一定难度，应结合例题与习题加强练习。度，应结合例题与习题加强练习。度，应结合例题与习题加强练习。度，应结合例题与习题加强练习。本讲稿第四页，共三十七页第一节第一节 混合气体的性质混合气体的性质 指由两种或两种以上不发生化学反应的气体指由两种或两种以上不发生化学反应的气体组成的组成的混合物混合物。什么是什么是混合气体混合气体?如如:烟气、空气烟气、空气 当混合气体中的每一种组成气体都是理想气当混合气体中的每一种组成气体都是理想气体时，由它们组成的混合气体也可以看作是体时，由它们组成的混合气体也可以看作是理想理想气体气体,具有理想气体的一切特性。具有理想气体的一切特性。本讲稿第五页，共三十七页一、混合气体的分压力和分体积一、混合气体的分压力和分体积1.分压力分压力 分压力分压力:每一种组成气体在混合气体的温度下，单独占有整个体每一种组成气体在混合气体的温度下，单独占有整个体积积V时，所产生的压力称为该组成气体的分压力，用符号时，所产生的压力称为该组成气体的分压力，用符号pi表表示。示。本讲稿第六页，共三十七页 道尔顿分压定律道尔顿分压定律:混合气体混合气体混合气体混合气体的压力等于各组成气体分压力的压力等于各组成气体分压力之和之和，即，即 道尔顿分压定律仅适用于道尔顿分压定律仅适用于理想气体理想气体。混合气体分压力混合气体分压力本讲稿第七页，共三十七页2.分体积分体积 分体积分体积:每一种组成气体处于混合气体的温度、压力条每一种组成气体处于混合气体的温度、压力条件下时，单独占据的体积，称为该组成气体的分体积，用符件下时，单独占据的体积，称为该组成气体的分体积，用符号号Vi表示。表示。亚美格分体积定律：混合气体的总体积亚美格分体积定律：混合气体的总体积V，等于各组成气体，等于各组成气体分体积分体积Vi之和之和,即即 上式仅适用于上式仅适用于理想混合气体理想混合气体。本讲稿第八页，共三十七页二、混合气体的成分表示方法与换算二、混合气体的成分表示方法与换算 成分成分:混合气体中各组成气体的含量与混合气混合气体中各组成气体的含量与混合气体总量的比值。体总量的比值。混合气体的性质不仅取决于热力学参数如压混合气体的性质不仅取决于热力学参数如压力、温度等，还取决于混合气体的组成成分。力、温度等，还取决于混合气体的组成成分。质量分数质量分数三种常用成分三种常用成分:体积分数体积分数摩尔分数摩尔分数 本讲稿第九页，共三十七页混合气体的成分混合气体的成分1.质量分数质量分数 混合气体中某组成气体的质量混合气体中某组成气体的质量mi与混合气体总质与混合气体总质量量m的比值，称为该组成气体的质量分数，用符号的比值，称为该组成气体的质量分数，用符号gi表表示，即示，即 本讲稿第十页，共三十七页混合气体的成分混合气体的成分2.体积分数体积分数 混合气体中某组成气体的分体积混合气体中某组成气体的分体积Vi与混合气体总与混合气体总体积体积V的比值，称为该组成气体的体积分数，用符号的比值，称为该组成气体的体积分数，用符号ri表示，即表示，即 本讲稿第十一页，共三十七页混合气体的成分混合气体的成分3.摩尔分数摩尔分数 混合气体中某组成气体的摩尔数混合气体中某组成气体的摩尔数ni与混合气体总与混合气体总摩尔数摩尔数n的比值，称为该组成气体的摩尔分数，用符号的比值，称为该组成气体的摩尔分数，用符号xi表示，即表示，即 本讲稿第十二页，共三十七页混合气体的成分混合气体的成分三种成分间的换算三种成分间的换算 ri xi ri与与xi:gi与与ri:Mi和和M分别表示某组成气体与混合气体的分别表示某组成气体与混合气体的摩尔质量摩尔质量。本讲稿第十三页，共三十七页三、混合气体的折合摩尔质量和三、混合气体的折合摩尔质量和 折合气体常数折合气体常数1.折合摩尔质量折合摩尔质量M已知ri(或xi)和Mi :已知gi和Mi:2.折合气体常数折合气体常数Rg已知M :取决于组成气体取决于组成气体的种类和成分的种类和成分本讲稿第十四页，共三十七页四、分压力的确定四、分压力的确定 说明说明:某组成气体的分压力等于混合气体的总压某组成气体的分压力等于混合气体的总压 力与该组成气体体积分数的乘积。力与该组成气体体积分数的乘积。本讲稿第十五页，共三十七页五、混合气体的比热容五、混合气体的比热容 混合气体温度升高（或降低）时，气体所吸收混合气体温度升高（或降低）时，气体所吸收（或放出）的热量，等于各组成气体温度升高（或降（或放出）的热量，等于各组成气体温度升高（或降低）时所吸收（或放出）的热量之和。低）时所吸收（或放出）的热量之和。设组成气体有设组成气体有:c1、c2、c3、cn，g1、g2、g3、gn 则混合气体有则混合气体有:本讲稿第十六页，共三十七页 例例6-1 某烟气按体积成分分析如下：二氧化碳某烟气按体积成分分析如下：二氧化碳10，氧气，氧气5，氮气氮气75，水蒸气，水蒸气10。烟气的总压力为。烟气的总压力为101.3kPa。试求该烟气的气。试求该烟气的气体常数及各组成气体的分压力。体常数及各组成气体的分压力。解：解：根据式（根据式（6-11）可求出烟气的折合摩尔质量为）可求出烟气的折合摩尔质量为 所以，该烟气的气体常数为所以，该烟气的气体常数为又由式（又由式（6-14），可得各组成气体的分压力为），可得各组成气体的分压力为本讲稿第十七页，共三十七页第二节第二节 湿空气的性质湿空气的性质湿空气湿空气 自然界中存在的空气都是湿空气。自然界中存在的空气都是湿空气。干空气干空气+水蒸气水蒸气完全不含水蒸气完全不含水蒸气不变的整体不变的整体 含量或状态含量或状态有可能改变有可能改变 湿空气可视为湿空气可视为理想混合气体理想混合气体。制冷工程中制冷工程中,空气中水蒸气的影响不能忽略。空气中水蒸气的影响不能忽略。即为一种混即为一种混合气体合气体如结露如结露本讲稿第十八页，共三十七页一、湿空气的总压力和分压力一、湿空气的总压力和分压力 1.湿空气的总压力和分压力湿空气的总压力和分压力 上式中，上式中，下标下标v代表代表水气水气，a代表代表干空气干空气 。湿空气的总压力等于干空气分压力和水蒸气分压力之和 在采暖和空气调节等工程中所处理的湿空在采暖和空气调节等工程中所处理的湿空气就是大气，因此有气就是大气，因此有 当地大气压当地大气压 道尔顿定律道尔顿定律 本讲稿第十九页，共三十七页2.饱和湿空气和未饱和湿空气饱和湿空气和未饱和湿空气 饱和湿空气饱和湿空气 未饱和湿空气未饱和湿空气根据其中水蒸气所处状态（根据其中水蒸气所处状态（pv，t）的不同，湿空气可分为）的不同，湿空气可分为:(干干)饱和蒸汽饱和蒸汽 干空气干空气 +干空气干空气 +过热蒸汽过热蒸汽 pv ps(t)Pv=ps(t)ps(t):同温度下水蒸气的饱和压力如图中如图中A A点点定温定温(t)吸湿吸湿吸湿吸湿A-B,A-B,P Pv v增大至增大至增大至增大至P Ps s 如图中如图中B B点点定温定温(t)加入水蒸气加入水蒸气加入水蒸气加入水蒸气析出水滴析出水滴饱和湿空气吸收水蒸气的能力达到极限饱和湿空气吸收水蒸气的能力达到极限;升温可继续吸湿。升温可继续吸湿。如大气如大气本讲稿第二十页，共三十七页二、湿空气的湿度二、湿空气的湿度 湿度湿度:湿空气中水蒸气的含量。湿空气中水蒸气的含量。含湿量含湿量 相对湿度相对湿度 绝对湿度绝对湿度 三种湿度三种湿度 本讲稿第二十一页，共三十七页 Rg,v 水蒸气的气体常数水蒸气的气体常数，Rg,v 461.5J（kg K）。1.绝对湿度绝对湿度 1m3湿空气中所含水蒸气的湿空气中所含水蒸气的质量质量，称为，称为绝对湿度。即绝对湿度。即湿空气中水蒸气的密度湿空气中水蒸气的密度：湿空气的湿度湿空气的湿度 绝对湿度只能说明绝对湿度只能说明湿空气中实际所含水蒸气的多湿空气中实际所含水蒸气的多 少少，而不能说明湿空气的干、湿程度或吸湿能力，而不能说明湿空气的干、湿程度或吸湿能力 的大小。的大小。本讲稿第二十二页，共三十七页饱和湿空气饱和湿空气干空气干空气未饱和湿空气未饱和湿空气2.相对湿度相对湿度 湿空气的湿空气的绝对湿度绝对湿度与与同温度下饱和湿空气的绝对同温度下饱和湿空气的绝对湿度湿度之比称为相对湿度。之比称为相对湿度。值越小，空气越干燥，吸湿能力越强；值越大，空气越潮湿，吸湿能力越弱。一定温度下，水蒸气的分压力越大，相对湿度也就越大，湿空气越接近饱湿空气 湿空气的湿度湿空气的湿度本讲稿第二十三页，共三十七页3.含湿量含湿量d 含有含有1kg干空气干空气的湿空气中所含有的水蒸气质量称的湿空气中所含有的水蒸气质量称为为含湿量含湿量或或比湿度比湿度。kg/kg（干空气（干空气)Rg,v 461.5J/（kg K）Rg,a 287J/（kg K）对对大气，大气，湿空气的湿度湿空气的湿度本讲稿第二十四页，共三十七页三、湿空气的温度三、湿空气的温度 1.干球温度干球温度t2.湿球温度湿球温度tw 测量湿球温度。测量湿球温度。湿球温度的高低取决于湿空气的湿球温度的高低取决于湿空气的温度温度和和湿度湿度。当空气。当空气 的温度一定时，湿度越大，测得的湿球温度越接近空的温度一定时，湿度越大，测得的湿球温度越接近空 气的干球温度，当空气中的水蒸气达到饱和状态时，气的干球温度，当空气中的水蒸气达到饱和状态时，测得的湿球温度与干球温度相等。测得的湿球温度与干球温度相等。干球温度不能反映湿空气中水蒸气含量的多少和湿空干球温度不能反映湿空气中水蒸气含量的多少和湿空气是否还具有吸收水蒸气的能力。气是否还具有吸收水蒸气的能力。测量湿空气的真实温度。测量湿空气的真实温度。本讲稿第二十五页，共三十七页 对未饱和湿空气，湿纱布中的对未饱和湿空气，湿纱布中的水分蒸发吸热使水温降低，空气热水分蒸发吸热使水温降低，空气热量传给湿纱布中的水，若水蒸发所量传给湿纱布中的水，若水蒸发所需的热量大于空气向水传递的热量需的热量大于空气向水传递的热量时，则水温继续下降，直到纱布表时，则水温继续下降，直到纱布表面水蒸发所需的热量正好等于空气面水蒸发所需的热量正好等于空气向水传递的热量时，纱布中的水温向水传递的热量时，纱布中的水温则不再下降，达到平衡，这个稳定则不再下降，达到平衡，这个稳定的温度就称为的温度就称为湿球温度湿球温度。整个蒸发和。整个蒸发和传热过程可以近似看作是传热过程可以近似看作是定焓过程定焓过程。湿球温度的测量原理湿球温度的测量原理:湿空气的温度湿空气的温度本讲稿第二十六页，共三十七页饱和湿空气饱和湿空气 未饱和湿空气未饱和湿空气 湿空气中水蒸气分压力湿空气中水蒸气分压力pv所对应的饱和温度称为所对应的饱和温度称为露点温露点温度度td，简称为，简称为露点露点。即开始结露时的温度。即开始结露时的温度。如图中如图中A A点点ps(t):同温度下水蒸气的饱和压力含湿量含湿量d不变不变,定定pv下降温下降温,A AC C,P Pv v(t)=(t)=P Ps s(t)(t)如图中如图中C C点点如大气如大气湿空气的温度湿空气的温度3.露点温度露点温度td在空气调节中，常常利用露点来控制空气的干、湿程度。继续继续降温降温,t td结露结露 当ttd ,湿空气中的水蒸气凝结成水滴并分离出来结霜结霜 t td d 0C0C本讲稿第二十七页，共三十七页湿空气的温度湿空气的温度4.t、tw 与与td 间的关系间的关系 除干球温度外，湿球温度、露点温度都与湿空气中除干球温度外，湿球温度、露点温度都与湿空气中的水蒸气的含量有关，的水蒸气的含量有关，对对不饱和湿空气不饱和湿空气:对对饱和湿空气饱和湿空气:所以所以 ttwtd t tw td本讲稿第二十八页，共三十七页四、湿空气的四、湿空气的焓焓 湿空气的焓：湿空气的焓：H Ha Hv maha mvhv湿空气的焓等于干空气的焓湿空气的焓等于干空气的焓与水蒸气的焓之和与水蒸气的焓之和 湿空气的比焓：湿空气的比焓：kJ/kg（干空气）（干空气）工程中，取工程中，取0 0 C C时时ha=0，且，且cp 1.005 kJ/（kgK）,则则 湿空气中湿空气中hv，可用，可用查表法查表法或或公式法公式法求取。求取。湿空气的干球温度湿空气的干球温度 本讲稿第二十九页，共三十七页湿空气的焓湿空气的焓1.查表法查表法已知已知由未饱和水与过热水蒸气的热力性质表由未饱和水与过热水蒸气的热力性质表 t ,pv 湿空气中水蒸气的分压力或已知或已知t ,pb ,d附表6直接查得直接查得hv 因此因此本讲稿第三十页，共三十七页湿空气的焓湿空气的焓2.公式法公式法取水的三相点为基准取水的三相点为基准 例例6-2 本讲稿第三十一页，共三十七页第三节第三节 湿空气的焓湿图湿空气的焓湿图 利用利用焓湿图焓湿图可方便地确定湿空气的状态参数，分析计算可方便地确定湿空气的状态参数，分析计算湿空气的热力工程。湿空气的热力工程。（2 2）定焓线簇定焓线簇 h0、h1、h2、h3（1 1）定含湿量线簇定含湿量线簇 d1、d2、d3（3 3）定温线簇定温线簇 t0、t1、t2、t3（4 4）定相对湿度线簇定相对湿度线簇 1、2、3（5 5）水蒸气分压力线水蒸气分压力线pv1.焓湿图的构成焓湿图的构成:本讲稿第三十二页，共三十七页焓湿图焓湿图.湿空气焓湿图的应用湿空气焓湿图的应用 （1 1）确定状态参数）确定状态参数）确定状态参数）确定状态参数 （2）确定露点温度）确定露点温度 pb确定时，只要已知确定时，只要已知d、h、t、pv中的任意两个状态参数，就中的任意两个状态参数，就可确定状态点，并查出其余参数。可确定状态点，并查出其余参数。不同状态的湿空气，不同状态的湿空气，只要其含湿量只要其含湿量d相同相同，则，则具有具有相同的露点相同的露点。本讲稿第三十三页，共三十七页焓湿图焓湿图（3 3）确定湿球温度）确定湿球温度）确定湿球温度）确定湿球温度 （4）表示和计算湿空气）表示和计算湿空气的状态变化过程的状态变化过程 湿空气的湿球温度湿空气的湿球温度tw也即是定焓冷却至饱和湿空气（也即是定焓冷却至饱和湿空气（100）时的温度。时的温度。不同状态的湿空气不同状态的湿空气,只要其只要其h相同相同，则，则tw相同相同。见见空气调节空气调节例例6-3 例例例例6-46-4本讲稿第三十四页，共三十七页本章小结本章小结 理想混合气体成分的描述方法理想混合气体成分的描述方法理想混合气体成分的描述方法理想混合气体成分的描述方法;理想混合气体状态参理想混合气体状态参理想混合气体状态参理想混合气体状态参数的计算方法；数的计算方法；数的计算方法；数的计算方法；湿空气的性质及其描述方法湿空气的性质及其描述方法湿空气的性质及其描述方法湿空气的性质及其描述方法;利用利用利用利用焓焓-湿图湿图查取湿查取湿空气参数空气参数 。本讲稿第三十五页，共三十七页第四节第四节 湿空气的基本热力过程湿空气的基本热力过程本讲稿第三十六页，共三十七页作业作业 P73-10本讲稿第三十七页，共三十七页