工程热力学 十二、理想气体混合物及湿空气(09).ppt

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1、第十二章理想气体混合物及湿空气理想气体混合物中各组元气体均为理理想气体混合物中各组元气体均为理想气体，因而混合物的分子都不占体积，想气体，因而混合物的分子都不占体积，分子之间也无相互作用力。因此混合物必分子之间也无相互作用力。因此混合物必遵循理想气体方程，并具有理想气体的一遵循理想气体方程，并具有理想气体的一切特性。切特性。12-1 理想气体混合物一、分压力定律和分体积定律分压力在与混合物温度相同的情况下，每一种组成气体都独自占据体积V时，组成气体的压力称为分压力。用pi表示。分压力定律混合气体的总压力等于各组成气体分压力之和，称为道尔顿(Dalton)分压定律各组成气体都处于与混合物温度、压

2、力相同的情况下，各自单独占据的体积称为分体积。用Vi表示。分体积分体积分体积定律理想气体混合物的总体积等于各组成气体分体积之和，称为亚美格(Amagat)分体积定律二、混合气体的摩尔质量及气体常数混合气体成分的几种表示方法：混合气体成分的几种表示方法：体积分数：体积分数：Vi为分为分体积体积质量分数：质量分数：摩尔分数：摩尔分数：混合气体的折合摩尔质量 混合气体的折合气体常数混合气体的折合气体常数三、wi、xi、i的转算关系 比热容比热容12-2 理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵热力学能和焓热力学能和焓均为广延参数热力学能和焓均为广延参数同同理：理：熵熵熵为广延参数熵为广延参数 熵变熵

3、变同同理：理：思考题思考题1、下面表达式是否正确？、下面表达式是否正确？错。分压错。分压力与分体力与分体积不能同积不能同时出现时出现正确正确例题（教材例题（教材P374例例12-2）n n刚性绝热器被隔板一分为二，如图所示，左侧刚性绝热器被隔板一分为二，如图所示，左侧A A装有氧气，装有氧气，V VA1A1=0.3m=0.3m3 3,P,PA1A1=0.4MPa,T=0.4MPa,TA1A1=288K;=288K;右右侧装有氮气，侧装有氮气，V VB1B1=0.6m=0.6m3 3,P,PB1B1=0.505MPa,=0.505MPa,T TB1B1=328K;=328K;抽去隔板氧和氮混合，

4、重新达到平衡后抽去隔板氧和氮混合，重新达到平衡后求：求：（1 1）混合气体的温度）混合气体的温度T T2 2和压力和压力P P2 2;N N2 2ABO O2 2（2 2）混合气体中氧和氮各自的）混合气体中氧和氮各自的分压力分压力P PA2A2、P PB2B2；（3 3）混合前后熵变量）混合前后熵变量SS。按定。按定值比热容计算值比热容计算n n湿湿空气空气湿空湿空气是气是干空气干空气与水蒸气的混合物。与水蒸气的混合物。n n涉及湿空气的常见的工业过程涉及湿空气的常见的工业过程 空气温度与湿度调节过程、物体的干空气温度与湿度调节过程、物体的干燥过程、冷却水塔中的水冷却过程等。燥过程、冷却水塔中

5、的水冷却过程等。12-3湿空气n n分析湿空气时假定：分析湿空气时假定：把气相混合物看作是理想气体混合物；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；相中不包含溶解的空气；空气的存在不影响蒸汽与其凝聚相之间空气的存在不影响蒸汽与其凝聚相之间的相平衡。的相平衡。以上假定在高压下可能导致较大的误差。以上假定在高压下可能导致较大的误差。12-3湿空气n n下标约定：下标约定：a干空气干空气v水蒸气水蒸气s饱和水蒸气饱和水蒸气 无下标为湿空气参数无下标为湿空气参数12-3湿空气12-4湿空气及其状态参数一、绝对湿度和饱和空

6、气一、绝对湿度和饱和空气绝对湿度：绝对湿度：单位容积的湿空气中包含的水蒸气单位容积的湿空气中包含的水蒸气质量，也就是水蒸气的密度质量，也就是水蒸气的密度一、绝对湿度和饱和空气一、绝对湿度和饱和空气湿空气中水蒸气的分压力愈大，其湿空气中水蒸气的分压力愈大，其绝对湿度愈大；绝对湿度愈大；水蒸气的分压力不可能超过该温度水蒸气的分压力不可能超过该温度下水蒸气的饱和压力下水蒸气的饱和压力在一定温度下：在一定温度下：12-4湿空气及其状态参数一、绝对湿度和饱和空气一、绝对湿度和饱和空气水蒸气达到饱和时，湿空气具有水蒸气达到饱和时，湿空气具有该温度下最大绝对湿度，这时的空气该温度下最大绝对湿度，这时的空气称

7、为称为饱和空气饱和空气。12-4湿空气及其状态参数一、绝对湿度和饱和空气一、绝对湿度和饱和空气湿空气未达到饱和时，其中水蒸湿空气未达到饱和时，其中水蒸气的分压力总小于饱和压力，水蒸气气的分压力总小于饱和压力，水蒸气处于处于过热状态，过热状态，这时湿空气为这时湿空气为未饱和未饱和空气空气。12-4湿空气及其状态参数二、饱和蒸汽压、露点及绝热饱和温度二、饱和蒸汽压、露点及绝热饱和温度未饱和空气达到饱和有三种途径：12-4湿空气及其状态参数二、饱和蒸汽压、露点及绝热饱和温度二、饱和蒸汽压、露点及绝热饱和温度1.1.温度不变的情况下，水温度不变的情况下，水分向空气中蒸发，蒸汽分向空气中蒸发，蒸汽的分压

8、力增加，可以达的分压力增加，可以达到饱和空气状态，如图到饱和空气状态，如图中定温过程中定温过程A AC C。达到达到饱和时，蒸汽分压力就饱和时，蒸汽分压力就是对应于空气温度的饱是对应于空气温度的饱和蒸汽压力和蒸汽压力p ps s12-4湿空气及其状态参数二、饱和蒸汽压、露点及绝热饱和温度二、饱和蒸汽压、露点及绝热饱和温度2.2.保持湿空气中蒸汽保持湿空气中蒸汽分压力不变，降低分压力不变，降低湿空气温度，也可湿空气温度，也可以达到饱和，如图以达到饱和，如图A AB B。B B点的温度点的温度为对应于为对应于p pv v的的饱和饱和温度，称为温度，称为露点露点，用用t td d表示。表示。12-4

9、湿空气及其状态参数二、饱和蒸汽压、露点及绝热饱和温度二、饱和蒸汽压、露点及绝热饱和温度3.3.在绝热条件下向湿在绝热条件下向湿空气加入水分，并空气加入水分，并尽其蒸发，也可使尽其蒸发，也可使空气达到饱和，如空气达到饱和，如图图A AG G。G G点为绝点为绝热饱和状态，相应热饱和状态，相应的温度为绝热饱和的温度为绝热饱和温度，用温度，用T Tw w表示。表示。12-4湿空气及其状态参数三、相对湿度三、相对湿度湿空气中水蒸气的绝对湿度湿空气中水蒸气的绝对湿度v v和同和同样温度下饱和湿空气的绝对湿度样温度下饱和湿空气的绝对湿度s s之比之比值，来衡量空气的潮湿程度值，来衡量空气的潮湿程度,这个比

10、值称这个比值称为相对湿度。为相对湿度。12-4湿空气及其状态参数三、相对湿度三、相对湿度 =0 0100%100%，饱和湿空气的相对湿饱和湿空气的相对湿度为度为100%100%；相对湿度相对湿度 愈小，表示空气中水蒸气愈小，表示空气中水蒸气距离饱和状态愈远，空气吸收水分的能距离饱和状态愈远，空气吸收水分的能力愈大，即愈干燥；反之空气愈潮湿。力愈大，即愈干燥；反之空气愈潮湿。12-4湿空气及其状态参数四、湿空气的含湿量四、湿空气的含湿量dkgkg（水蒸气）水蒸气）/kg/kg（干空气）干空气）12-4湿空气及其状态参数四、湿空气的含湿量四、湿空气的含湿量d 在在总总压力压力p p不变的情况下，一

11、定的不变的情况下，一定的蒸汽分压力对应着一定的含湿量。蒸汽分压力对应着一定的含湿量。在总压力在总压力p p不变的情况下，相对湿不变的情况下，相对湿度愈高，含湿量也愈高。度愈高，含湿量也愈高。12-4湿空气及其状态参数五、湿空气的焓五、湿空气的焓考虑到湿空气中水蒸气的质量经常变化，考虑到湿空气中水蒸气的质量经常变化，而干空气的质量是稳定的，所以湿空气的比而干空气的质量是稳定的，所以湿空气的比焓是相对于单位质量的干空气而言：焓是相对于单位质量的干空气而言：12-4湿空气及其状态参数五、湿空气的焓五、湿空气的焓经验公式：经验公式：12-4湿空气及其状态参数六、湿空气的比体积六、湿空气的比体积 1 1

12、kgkg干空气与干空气与d kgd kg的水蒸气组成的湿空气，的水蒸气组成的湿空气，其比体积：其比体积：其中：其中：12-4湿空气及其状态参数例:p381，例12-312-5相对湿度测定12-6湿空气的焓湿图一、湿空气的一、湿空气的 h-d 图图h-dh-d 图由下列五种线群组成：图由下列五种线群组成：1、等湿线等湿线（等（等 d d 线）线）等等d d 线是一组平行于纵坐标的直线群。线是一组平行于纵坐标的直线群。露点露点t td d是湿空气冷却到是湿空气冷却到 100%100%时的温度。时的温度。因此含湿量因此含湿量 d d 相同，状态不同的湿空气具相同，状态不同的湿空气具有相同的露点。有相

13、同的露点。12-6湿空气的焓湿图一、湿空气的一、湿空气的 h-d 图图2 2、等焓线等焓线（等（等 h h 线）线）等等 h h 线是一组与横坐标轴成线是一组与横坐标轴成135135的直线群。的直线群。12-6湿空气的焓湿图一、湿空气的一、湿空气的 h-d 图图3 3、等温线等温线（等（等 t t 线）线）可见在可见在 h-d h-d 图上，定图上，定t t 线的斜率为线的斜率为正，且随正，且随t t增大斜率增大。增大斜率增大。12-6湿空气的焓湿图一、湿空气的一、湿空气的 h-d 图图4 4、等相对湿度线等相对湿度线（等（等 ）定定 线是一组向上凸的曲线群。线是一组向上凸的曲线群。100%1

14、00%饱和空气曲线把饱和空气曲线把h-dh-d 图分图分 成两部分，曲线以上为未饱和湿空成两部分，曲线以上为未饱和湿空气，曲线以下无实际意义。气，曲线以下无实际意义。12-6湿空气的焓湿图一、湿空气的一、湿空气的 h-d 图图5、水蒸气分压力线水蒸气分压力线12345二、二、h-d 图的应用图的应用 根据湿空气的两个独立参数，可根据湿空气的两个独立参数，可在图上确定湿空气其它参数：在图上确定湿空气其它参数：12-6湿空气的焓湿图例例 已知湿空气参数已知湿空气参数求其他参数求其他参数解：由温度及相对湿度在解：由温度及相对湿度在h-d 图上确定点图上确定点1的位置，的位置，由此读出由此读出:由由h

15、1与与 交点读出交点读出由点由点1作垂线，与交作垂线，与交 点读出点读出与与 pv 线交点读出线交点读出12-7湿空气过程及其应用一、一、加热（或冷却）过程加热（或冷却）过程加热：12冷却：12（ttd）二、绝热加湿过程二、绝热加湿过程 喷水加喷水加湿湿1 12 2 喷蒸汽加喷蒸汽加湿湿1 12 2 12-7湿空气过程及其应用三、冷却去湿过程三、冷却去湿过程湿空气被冷却到露湿空气被冷却到露点温度，空气为饱和状点温度，空气为饱和状态，继续冷却时将有水态，继续冷却时将有水蒸气凝结析出，达到除蒸气凝结析出，达到除湿的目的，如图湿的目的，如图1 1A A2 212-7湿空气过程及其应用四、四、烘干过程烘干过程12-7湿空气过程及其应用五、绝热混合过程五、绝热混合过程12-7湿空气过程及其应用