維修電工第五章-混合氣體和濕空氣課件

1、第五章混合氣體和濕空氣第一節(jié)混 合 氣 體一、混合氣體的概念工程中實(shí)際應(yīng)用的氣體往往不是單一成分的，而是由幾種不同的氣體組成的混合物。如空氣調(diào)節(jié)中的濕空氣主要是由干空氣和水蒸氣所組成的，是混合氣體。由于混合氣體的各組分都遠(yuǎn)離液體狀態(tài)，并且相互間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此工程上常將混合氣體看成理想氣體。二、混合氣體的分壓力混合氣體的各組分均勻分布在整個(gè)容器中，而且具有相同的溫度，系統(tǒng)所呈現(xiàn)的壓力是混合氣體的總壓力，如圖5-1a所示。所謂混合氣體的分壓力是假定混合氣體中各組分氣體單獨(dú)存在，并具有混合氣體相同的溫度及容積時(shí)，給予容器壁的壓力，如圖5-1b、c所示。根據(jù)道爾頓分壓定律可知：混合氣體的總壓力應(yīng)

2、等于各組分氣體分壓力之和，即二、混合氣體的分壓力圖5-1混合氣體的分壓力與容積三、混合氣體的分容積一定量混合氣體放置于容器內(nèi)所具有的容積稱為混合氣體的容積或總?cè)莘e，如圖5-1a所示。所謂混合氣體分容積，則是假定混合氣體中每一組分單獨(dú)存在，并保持與混合氣體相同的溫度和壓力時(shí)所占有的容積，如圖5-1d、e所示。根據(jù)理想氣體性質(zhì)，由圖5-1b、d可列出理想氣體狀態(tài)方程式若由n種氣體組成，則四、混合氣體的組成成分1.質(zhì)量成分混合氣體中某一組分氣體的質(zhì)量與混合氣體總質(zhì)量之比稱為質(zhì)量成分，或質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，用符號(hào)g表示，即2.容積成分混合氣體中各組分分容積與混合氣體總?cè)莘e的比值稱為容積成分，或容積百分?jǐn)?shù)，用符

3、號(hào)r表示，即3.摩爾成分混合氣體中各組分的物質(zhì)的量與混合氣體總物質(zhì)的量的比值稱為摩爾成分或摩爾百分?jǐn)?shù)，用符號(hào)x表示，即五、混合氣體的相對(duì)分子質(zhì)量與氣體常數(shù) 混合氣體是多種氣體的混合物，無(wú)固定的分子式，也沒有相對(duì)分子質(zhì)量。但是為了計(jì)算方便，把混合氣體看做理想的單一組分氣體，由此可得出混合氣體的相對(duì)分子質(zhì)量和氣體常數(shù)。 若氣體是由n種氣體混合而成，則有混合氣體相對(duì)分子質(zhì)量為 已知混合氣體相對(duì)分子質(zhì)量M，就可求得混合氣體的氣體常數(shù)J/(kgK)為第二節(jié)濕空氣的熱力性質(zhì)一、濕空氣的組成(一)干空氣干空氣是由氮、氧及稀有氣體（氫、氖、氬、氦）組成的混合物，其組成成分見表5-1干空氣的組成成分(二)水蒸氣

4、水蒸氣在空氣中的含量不是固定的，自然界中的空氣都含有一些水蒸氣，因此，自然界中的空氣都是濕空氣。絕對(duì)的干空氣是不存在的?？照{(diào)工程中所研究的空氣都是濕空氣。二、濕空氣的狀態(tài)參數(shù)(一)壓力1.大氣壓力 地球表面的空氣層在單位面積上所形成的壓力即為大氣壓力，通常用pb或B來(lái)表示。大氣壓力通常不是定值，它隨海拔不同而存在差異。通常以北緯45處海平面的全年平均氣壓作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，其數(shù)值為101325Pa。海拔越高的地方，大氣壓力越低。2.水蒸氣分壓力 根據(jù)道爾頓分壓定律，濕空氣的總壓力p應(yīng)該等于干空氣的分壓力pa與水蒸氣的分壓力pv之和，即二、濕空氣的狀態(tài)參數(shù)(二)溫度 溫度是描述空氣冷熱程度的物

5、理量。由于混合氣體具有相同的溫度，所以濕空氣的溫度與組成它的干空氣的溫度和水蒸氣的溫度均相同，即二、濕空氣的狀態(tài)參數(shù)(三)濕度1.絕對(duì)濕度 絕對(duì)濕度即每立方米空氣中含有水蒸氣的質(zhì)量，也就是濕空氣中水蒸氣的密度。用符號(hào)v表示，單位為kg/m3，即2.相對(duì)濕度 相對(duì)濕度即空氣的絕對(duì)濕度v與同溫度下飽和空氣的絕對(duì)濕度vs的比值，用符號(hào)表示。相對(duì)濕度一般用百分比表示，即二、濕空氣的狀態(tài)參數(shù)(四)含濕量 濕空氣的含濕量是指濕空氣中含有水蒸氣的質(zhì)量mv與干空氣的質(zhì)量ma的比值，也可看做是1kg干空氣所對(duì)應(yīng)的水蒸氣的質(zhì)量，用符號(hào)d表示，單位是g/kg干空氣（或kg/kg干空氣），即(五)濕空氣的密度和比體積

6、 由于濕空氣是干空氣與水蒸氣的混合氣體，兩者均勻混合并占有相同的體積。因此，濕空氣的密度等于干空氣的密度和水蒸氣的密度之和。二、濕空氣的狀態(tài)參數(shù)(六)濕空氣的焓濕空氣的焓是指1kg干空氣和它所對(duì)應(yīng)的水蒸氣的焓總和。用h來(lái)表示，單位是kJ/kg。計(jì)算公式為(七)露點(diǎn)溫度 當(dāng)含濕量保持不變時(shí)，濕空氣達(dá)到飽和狀態(tài)的溫度，稱為露點(diǎn)溫度，用符號(hào)tl來(lái)表示。它與pv或d有關(guān)。當(dāng)大氣壓力不變時(shí)，空氣的露點(diǎn)溫度只取決于空氣的含濕量。第三節(jié)濕空氣的焓濕圖及其應(yīng)用一、焓濕圖的構(gòu)成圖5-2空氣的焓濕圖 焓濕(h-d)圖是以比焓為縱坐標(biāo)，含濕量為橫坐標(biāo)，在一定大氣壓力下繪制成的。為了使圖面開闊，規(guī)定兩坐標(biāo)軸之間夾角為

7、135，如圖5-2所示。不同大氣壓力下有不同的焓濕圖，使用時(shí)應(yīng)注意h-d圖是否與當(dāng)?shù)卮髿鈮毫ο噙m應(yīng)。二、焓濕圖上的等參數(shù)線(一)等含濕量線(d) 等含濕量線是一系列與縱坐標(biāo)平行的直線，從d=0開始自左向右逐漸增加。(二)等焓線(h) 為了使圖面開闊，等焓線為一系列與縱坐標(biāo)成135夾角的平行線。通過(guò)含濕量d=0及溫度t=0交點(diǎn)的等焓線，比焓h=0，向上為正值，向下為負(fù)值，自下而上逐漸增加。(三)等溫度線(t) 等溫度線是一系列看似平行實(shí)際不平行的直線，t=0以上的溫度線是正值，以下為負(fù)值，且自下而上逐漸增加。二、焓濕圖上的等參數(shù)線(四)等相對(duì)濕度線() 等相對(duì)濕度線是一系列向上凸的曲線。當(dāng)d=0

8、時(shí)，=0%的等相對(duì)濕度線與縱坐標(biāo)重合。從左到右，值隨d值增加而增加，=100%的等相對(duì)濕度線稱為飽和曲線，該線將焓濕圖分成兩個(gè)部分：上部是未飽和空氣，下部是過(guò)飽和空氣，線上各點(diǎn)是飽和空氣。在過(guò)飽和區(qū)，水蒸氣凝結(jié)成霧狀，又稱為“霧區(qū)”。(五)水蒸氣分壓力線(pv) 根據(jù)公式d=622/-，可知水蒸氣分壓力大小只取決于含濕量d。因此可在含濕量軸上方設(shè)一水平線，在d值上標(biāo)出對(duì)應(yīng)的pv值。二、焓濕圖上的等參數(shù)線(六)熱濕比線() 在空調(diào)過(guò)程中，被處理空氣常由一個(gè)狀態(tài)變?yōu)榱硪粋€(gè)狀態(tài)，為了表示變化過(guò)程進(jìn)行的方向與特性，圖上還有熱濕比線。熱濕比（，kJ/kg）即空氣變化過(guò)程中焓值的變化量與含濕量變化量的比值

9、。三、焓濕圖的應(yīng)用(一)濕空氣狀態(tài)參數(shù)的確定 從圖53中看到，將空氣降溫冷卻到飽和線上（這是一個(gè)極限點(diǎn)）以后，如果再繼續(xù)降溫冷卻，由于空氣的相對(duì)濕度不能大于100%，這時(shí)空氣的水蒸氣將會(huì)有一部分凝結(jié)成水，可見l點(diǎn)的溫度就是該空氣的露點(diǎn)溫度。圖53表明，含濕量不變，露點(diǎn)溫度也不變。圖5-3降溫冷卻h-d圖三、焓濕圖的應(yīng)用圖5-4例5-1的h-d圖例5-1求狀態(tài)為=60%，t=26空氣的露點(diǎn)溫度(大氣壓力pb=101325Pa)。解大氣壓力為101325Pa的焓濕圖如圖5-4所示。三、焓濕圖的應(yīng)用(二)干球溫度與濕球溫度 圖55所示為由兩只水銀溫度計(jì)組成的干濕球溫度計(jì)。其中，不包紗布的溫度計(jì)是干球

10、溫度計(jì)，讀數(shù)就是濕空氣的溫度t。另一支溫度計(jì)用濕紗布包起來(lái)，置于通風(fēng)良好的濕空氣中，當(dāng)達(dá)到熱濕平衡時(shí)，讀數(shù)是濕球溫度，用tw來(lái)表示。圖5-5干濕球溫度計(jì)三、焓濕圖的應(yīng)用圖5-6例5-2圖例5-2已知大氣壓力為101325Pa，濕空氣溫度t=25，相對(duì)濕度=60%，求濕球溫度tW。解由t=25，=60%，在h-d圖上確定點(diǎn)1(圖5-6)，過(guò)1點(diǎn)作等焓線與=100%線相交于點(diǎn)2 ，查得濕球溫度為四、大氣壓力對(duì)焓濕圖的影響圖5-7變化時(shí)的變化附圖C-7給出的焓濕圖是以標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力pb=101325Pa作出的，若某地區(qū)的海拔與海平面有較大差別時(shí)，使用此圖會(huì)產(chǎn)生誤差。因此，不同地區(qū)應(yīng)使用符合本地區(qū)大氣壓

11、力的焓濕圖。當(dāng)缺少這種焓濕圖時(shí)，簡(jiǎn)便易行的方法是利用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的焓濕圖加以修改。第四節(jié)濕空氣的基本熱力過(guò)程一、熱濕比的意義 為了說(shuō)明空氣的熱濕狀態(tài)變化過(guò)程，在焓濕圖的周邊或右下角還會(huì)給出熱濕比(或稱角系數(shù))線。 若焓濕圖上有A、B兩狀態(tài)點(diǎn)，如圖5-8所示，被處理的空氣由狀態(tài)A變?yōu)闋顟B(tài)B，整個(gè)過(guò)程中，可視為空氣的熱、濕變化是同時(shí)、均勻發(fā)生的，那么，由A到B的直線即代表了空氣狀態(tài)的變化過(guò)程線，其熱濕比為 總空氣量G所得到(或失去)的熱量Q和濕量W的比值，與相應(yīng)1kg空氣的完全一致，因此又可寫成二、基本熱力過(guò)程(一)等濕加熱、冷卻過(guò)程 利用表面式加熱器、電加熱器等設(shè)備處理空氣時(shí)，空氣通過(guò)加熱器時(shí)獲得

12、了熱量，溫度升高，但含濕量并沒有變化。因此狀態(tài)變化是等濕增焓升溫過(guò)程，在圖510中過(guò)程線為B。等濕加熱過(guò)程中， dA=dB，hBhA，故其熱濕比為圖5-8空氣狀態(tài)變化在焓濕圖上的表示二、基本熱力過(guò)程圖5-9用線確定空氣狀態(tài)二、基本熱力過(guò)程(二)等焓加濕、減濕過(guò)程 以固體吸濕劑（如硅膠）處理空氣時(shí)，水蒸氣被吸附，空氣的含濕量降低，空氣失掉潛熱，而得到水蒸氣凝結(jié)時(shí)放出的汽化熱使其溫度升高，但是焓值基本沒變，空氣近似按照等焓減濕升溫過(guò)程變化。如圖510中AD所示，為圖5-10幾種典型的濕空氣狀態(tài)變化過(guò)程 利用噴水室處理空氣時(shí)，水吸收空氣的熱量而蒸發(fā)為水蒸氣，空氣失掉顯熱熱量，溫度降低，水蒸氣到空氣中

13、使含濕量增加，潛熱也增加。由于空氣失掉顯熱，得到潛熱，因此空氣的焓值基本不變，所以稱此過(guò)程為等焓加濕過(guò)程。此時(shí)，水的溫度將穩(wěn)定在空氣的濕球溫度上，如圖5-10中AE所示。由于狀態(tài)變化前后空氣焓值相等，因此為二、基本熱力過(guò)程(三)等溫加濕過(guò)程 向空氣中噴蒸氣可以實(shí)現(xiàn)濕空氣的等溫加濕過(guò)程，如圖510中AF所示?？諝庵械乃魵饬吭黾雍螅潇手岛秃瑵窳慷荚黾?，焓的增加值為加入蒸氣的全熱量，即(四)減濕冷卻過(guò)程 利用表面式冷卻器處理空氣，當(dāng)表面式冷卻器的表面溫度低于空氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，空氣中的水蒸氣將凝結(jié)為水，從而使得空氣減濕，變化過(guò)程為減濕冷卻，如圖510中AG所示，空氣的焓值及含濕量都減少，故此過(guò)程的為表5-2焓濕圖的四個(gè)象限二、基本熱力過(guò)程(五)兩種空氣的混合空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的計(jì)算中常見兩種狀態(tài)的空氣混合的情形。例如，為了節(jié)省冷量或熱量提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性所使用的回風(fēng)系統(tǒng)，使部分循環(huán)空氣與新風(fēng)相混合，經(jīng)處理