第二章理想混合气体及湿空气精选文档.ppt

第二章理想混合气体及湿空气本讲稿第一页，共三十六页基本要求基本要求：1。熟练掌握理想混合气体的有关定律、基本概。熟练掌握理想混合气体的有关定律、基本概 念和基本计算念和基本计算2。熟练掌握湿空气的有关基本概念。熟练掌握湿空气的有关基本概念3。掌握湿空气的。掌握湿空气的h-d图图4。了解湿空气的典型过程。了解湿空气的典型过程本讲稿第二页，共三十六页压力P低比体积v=V/m 大理想气体假设：（1）分子是弹性的、不占据体积的质点 （无质量、无大小）（2）分子间无相互作用力n实际工程上，实际工程上，O O2 2、N N2 2、H H2 2、COCO等及其混合空气、燃气、烟气等工质，等及其混合空气、燃气、烟气等工质，在通常使用的温度、压力下都可作为理想气体处理。在通常使用的温度、压力下都可作为理想气体处理。n水蒸气、氟利昂蒸汽、氨蒸汽，由于温度很高，离液态不远，不可水蒸气、氟利昂蒸汽、氨蒸汽，由于温度很高，离液态不远，不可作为理想气体作为理想气体n理想气体是气体压力理想气体是气体压力p 0p 0，v v 时时的极限状态的极限状态本讲稿第三页，共三十六页1、质量分数一、理想混合气体的分数（成分：三种表示方法）一、理想混合气体的分数（成分：三种表示方法）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mi，分体积为Vi，千摩尔数为ni(i=1,2,n)，则理想混合气体的分数分别为 混合气体总质量 第i种组成气体的质量分数 第一节第一节 理想混合气体理想混合气体理想混合气体：由若干不同理想气体所组成。与单一理想气体具有相同的性质本讲稿第四页，共三十六页2、体积分数第i种组成气体的体积分数 由由状态方程有本讲稿第五页，共三十六页3、摩尔分数 混合气体总摩尔数 第i种组成气体的摩尔分数（混合气体的体积分数和摩尔分数在数值上是相等的）本讲稿第六页，共三十六页T、VPiT、P Vi 分压力和分体积 道尔顿分压定律道尔顿分压定律（一）道尔顿分压定律（一）道尔顿分压定律（二）分体积（二）分体积 定律定律（亚美格分体积定律）（亚美格分体积定律）所以，得到分体积定律分体积定律二、分压定律与分体积定律二、分压定律与分体积定律 本讲稿第七页，共三十六页三、理想混合气体的摩尔质量和气体常数三、理想混合气体的摩尔质量和气体常数（折合气体常数）（折合气体常数）MM混合物的折合分子质量混合物的折合分子质量 将混合气体折合成某种假想的单质理想气体，该假想气体的气体常数称为 折合气体常数折合气体常数R本讲稿第八页，共三十六页四、理想混合气体的比热容、热力学能、焓和熵四、理想混合气体的比热容、热力学能、焓和熵 理想气体的分子间没有相互作用力，分子自身也不占有体积。理想气体的分子间没有相互作用力，分子自身也不占有体积。可以认为在混合气体中，任何一种组元所处的状态不受其他组元可以认为在混合气体中，任何一种组元所处的状态不受其他组元存在的影响，其比热容、热力学能、焓、熵可由各组成气体的性存在的影响，其比热容、热力学能、焓、熵可由各组成气体的性质及其在混合气体中的比例来计算。质及其在混合气体中的比例来计算。1 1、比热容、比热容单位数量的物质，在温度升高1K所需的热量 本讲稿第九页，共三十六页对第i种组分理想混合气体的质量比热 容理想混合气体的容积比热容理想混合气体的摩尔热容气体的数量单位有：质量、容积、摩尔本讲稿第十页，共三十六页热容的种类热容的种类定容热容定压热容名称单位比热容摩尔热容体积热容 思考：对同一种物质来讲，同样是比热容，同样是定容热容，热容是一个常数吗？本讲稿第十一页，共三十六页故，热容不是一个常数，即使过程特性一定。理想气体只与温度有关，因为分子间无相互作用力，无内位能工程上温度范围变化不大，把比热容看做与温度无关，此时的比热容称为定值比热容。本讲稿第十二页，共三十六页2、热力学能、焓和熵、热力学能、焓和熵 理想混合气体的热力学能为各组成气体热力学能之和 焓焓：定义工质热力状态参数之一，表示工质所含的全部热能，等于该工质的内能加上其体积与绝对压力的乘积：H=U+pV（h=u+pdV）理想混合气体的焓和比焓 本讲稿第十三页，共三十六页理想混合气体的熵和比熵*熵不仅与温度有关，而且还与压力有关。因为温度为熵不仅与温度有关，而且还与压力有关。因为温度为T的的组成气体单独存在于体积组成气体单独存在于体积V中，其分压力为中，其分压力为Pi，所以计算组成，所以计算组成气体比熵的变化量时应采用其分压力气体比熵的变化量时应采用其分压力Pi，而不是理想混合气，而不是理想混合气体的压力体的压力P，即，即本讲稿第十四页，共三十六页例1 某船烟囱每秒排出绝对压力为0.11Mpa、温度为300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：根据理想气体状态方程，先求出烟气的总摩尔数本讲稿第十五页，共三十六页本讲稿第十六页，共三十六页第二节第二节 湿空气湿空气一、干空气和湿空气一、干空气和湿空气 含水蒸汽的空气称为湿空气湿空气湿空气湿空气。完全不含有水蒸汽的空气称为干干干干空气空气空气空气。湿空气是干空气与水蒸汽的混合物。干空气可视为理想气体,而存在于大气中的水蒸汽,由于其压力通常是很小的，所以它的比体积很大，分子间距离足够远，也可以作为理想气体处理。所以，湿空气这种干空气和水蒸汽的混合物是一种特殊的理想气体混合理想气体混合物；其中水蒸汽的含量会由于蒸发和凝结而有所改变，这是与不物；其中水蒸汽的含量会由于蒸发和凝结而有所改变，这是与不凝结性气体组成的混合气体的不同之处。凝结性气体组成的混合气体的不同之处。根据道尔顿分压定律，湿空气压力(大气压力)Pa为干空气分压力；Pv为水蒸汽分压力。本讲稿第十七页，共三十六页二、湿空气的分类二、湿空气的分类未饱和空气未饱和空气未饱和空气未饱和空气饱和空气饱和空气饱和空气饱和空气干空气+过热蒸汽干空气+饱和水蒸汽pvTsPvPv PsPstTabbbaa本讲稿第十八页，共三十六页pvTsPvPv PsPstTbbaa三、湿空气的温度三、湿空气的温度 未饱和空气a可以通过三种途径成为饱和空气b，这三种途径分别对应湿空气三种不同温度：1、干球温度：ab t2、露点温度：ad tdddTd3、湿球温度：绝热饱和温度；a c twcc本讲稿第十九页，共三十六页露点是湿空气的一个重要状态参数。在空气调节空气调节空气调节空气调节中,为了减少湿空气中水蒸汽的含量,可设法使湿空气冷却到温度低于露点,水蒸汽便以水滴形式析出。露点对柴油机的低温腐蚀柴油机的低温腐蚀柴油机的低温腐蚀柴油机的低温腐蚀以及锅炉的运行管理有较大的影响。锅炉尾部的受热面以及空气预热器的堵灰和腐蚀锅炉尾部的受热面以及空气预热器的堵灰和腐蚀锅炉尾部的受热面以及空气预热器的堵灰和腐蚀锅炉尾部的受热面以及空气预热器的堵灰和腐蚀,就是由于受热面的金属温度低于烟气中水蒸汽和二氧化硫气体的露点之故。一旦出现结露,如果水蒸汽和二氧化硫气体凝结,在受热面上将形成硫酸、就会造成严重腐蚀。防止堵灰和腐蚀的主要原则是设法避免烟气中的水蒸汽结露。本讲稿第二十页，共三十六页四、湿空气的湿度四、湿空气的湿度1.1.含湿量含湿量 一定容积的湿空气中水蒸汽质量与干空气质量之比,称为湿空气的“含湿量”,用表示,其单位为kg水蒸汽kg干空气。含湿量不是以含湿量不是以1kg1kg湿空气为计算的基准湿空气为计算的基准,而是以而是以1kg1kg1kg1kg干空气干空气干空气干空气作为计作为计算的基准的。算的基准的。本讲稿第二十一页，共三十六页由于湿空气可视为理想气体,对水蒸汽和干空气分别有 由上式可见,当pb一定时,湿空气的含湿量与水蒸汽分压力pv之间有着一一对应的关系,因此,当当当当p p p pb b b b一定时一定时一定时一定时,对湿空气加对湿空气加对湿空气加对湿空气加热或冷却热或冷却热或冷却热或冷却,如保持不变如保持不变如保持不变如保持不变,则则则则p p p pv v v v不变。不变。不变。不变。本讲稿第二十二页，共三十六页2 2 2 2、相对湿度、相对湿度、相对湿度、相对湿度湿空气中水蒸汽分压力与湿空气温度下水蒸汽饱和压力之比,称为“相对湿度”,用表示,即 当1，pvps,这时湿空气中水蒸汽为饱和蒸汽,即1的湿空气为饱和空气；当1，pv ps,这时湿空气中水蒸汽为过热蒸汽,即1的湿空气为未饱和空气；当0，pv 0,这是不含有水蒸汽的情况,因此可将干空气视为0的“湿”空气。绝对湿度与体积有关，由于空气的体积随温度而变，所以它并没有确定的比较基准，也不能完全说明湿空气距离饱和的程度。在热力过程计算中一般不用绝对湿度。本讲稿第二十三页，共三十六页 可见,不论湿空气温度如何,相对湿度表述了湿空气接近饱和空气的程度。通常所谓空气的干湿程度,是指水在其中的蒸发速率而言；相对湿度与蒸发速率直接有关:值愈大,蒸发速率愈小。3.3.3.3.含湿量与相对湿度之间的关系含湿量与相对湿度之间的关系含湿量与相对湿度之间的关系含湿量与相对湿度之间的关系本讲稿第二十四页，共三十六页五、湿空气的焓五、湿空气的焓 1kg干空气的比焓,与其混合的水蒸汽焓的和,称为“湿空气的比焓”,用符号表示。0时干空气的焓为零，温度t时干空气的焓为0 时水蒸气的焓为温度t时水蒸气的焓为以1kg干空气为基准的湿空气的比焓为t指空气的干球温度本讲稿第二十五页，共三十六页第三节第三节 湿空气的湿空气的-图图1.等焓线2.等含湿量线3.等温线4.等相对湿度线5.水蒸汽的饱和分压力pv与含湿量的关系曲线本讲稿第二十六页，共三十六页n例例2-1 h-d图上任意一点都代表湿空气的一个状态，所以，只要知道湿空气的任意2个独立参数，就可以在h-d图上找出相应的状态点，并根据这个状态点，确定出其余参数本讲稿第二十七页，共三十六页第四节第四节 湿空气的典型过程（湿空气的典型过程（了解了解）一、空调装置工作概况一、空调装置工作概况本讲稿第二十八页，共三十六页二、湿空气的几种典型过程二、湿空气的几种典型过程1.1.1.1.混合过程混合过程混合过程混合过程hd=100%12即点点3位于位于1、2两点连线上两点连线上本讲稿第二十九页，共三十六页hd=100%123本讲稿第三十页，共三十六页例7-2 某船空气调节装置回风量与新风量比值ma2/ma1=4，新风状态t1=-10C，=70%，室内回风t2=20C，=50%。求混合后湿空气的状态参数。hd=100%123本讲稿第三十一页，共三十六页2 2 2 2、湿空气的加热过程、湿空气的加热过程、湿空气的加热过程、湿空气的加热过程n湿空气经过加热器被湿空气经过加热器被定压加热时定压加热时,由于其由于其中的水蒸汽质量未变中的水蒸汽质量未变,所以这一过程称为定所以这一过程称为定含湿量过程，而且湿含湿量过程，而且湿空气中水蒸汽的分压空气中水蒸汽的分压力和露点都不变力和露点都不变。本讲稿第三十二页，共三十六页、湿空气的冷却过程、湿空气的冷却过程、湿空气的冷却过程、湿空气的冷却过程分两种情况：分两种情况：n若冷却器壁面温度高于该若冷却器壁面温度高于该湿空气的露点温度，湿空气的露点温度，1 12 2。n若冷却器壁面温度低于该若冷却器壁面温度低于该湿空气的露点温度，湿空气的露点温度，1 12 23 34 4。本讲稿第三十三页，共三十六页.加湿过程加湿过程加湿过程加湿过程分两种情况：分两种情况：.喷水加湿过程喷水加湿过程工程上可近似地把喷水加湿过程按定焓过程处理，1 12 2。.喷蒸汽加湿过程喷蒸汽加湿过程工程上可近似把喷蒸汽加湿过程按定温过程处理，1 13 3。本讲稿第三十四页，共三十六页本章小结：本章小结：1。理想混合气体的基本定律和基本概念。理想混合气体的基本定律和基本概念1）道尔顿分压定律、亚美格分体积定律）道尔顿分压定律、亚美格分体积定律2）理想混合气体的分数（质量分数、体积分数和摩尔分数）理想混合气体的分数（质量分数、体积分数和摩尔分数）3）理想混合气体的（）理想混合气体的（M、R、C、U、h、S）4）理想混合气体的有关基本计算）理想混合气体的有关基本计算2。湿空气的基本概念。湿空气的基本概念1）湿空气（干空气）湿空气（干空气+水蒸气）、饱和湿空气、未饱和湿空气水蒸气）、饱和湿空气、未饱和湿空气2）干球温度、露点温度、湿球温度、水蒸气状态的）干球温度、露点温度、湿球温度、水蒸气状态的P-V图和图和T-S图图3）湿空气的湿度（含湿量）湿空气的湿度（含湿量d、相对湿度、相对湿度、湿空气的焓、湿空气的焓h）3。湿空气的。湿空气的h-d图图（定焓线、定含湿量线、定温线、定相对湿度线）（定焓线、定含湿量线、定温线、定相对湿度线）4。了解湿空气的典型过程。了解湿空气的典型过程（混合、加热、冷却和加湿过程）（混合、加热、冷却和加湿过程）本讲稿第三十五页，共三十六页n习题 P31：2-1、2-2、2-3 P33:2-15、2-18本讲稿第三十六页，共三十六页