第3章理想氣體混合氣體及濕空氣課件

3理想混合氣體及濕空氣

假定：

1.混合氣體內(nèi)部無化學(xué)反應(yīng)，成分不變；

2.各組元?dú)怏w都有理想氣體的性質(zhì)，

3.混合后仍具有理想氣體的性質(zhì)；

4.各組元?dú)怏w彼此獨(dú)立，互不影響。

相對(duì)成分=

分量

總量相對(duì)成分

混合氣體質(zhì)量kg

摩爾數(shù)kmol

容積m3項(xiàng)目

第i種組成氣體絕對(duì)成分一、混合氣體成分體積分?jǐn)?shù)：質(zhì)量分?jǐn)?shù)：摩爾分?jǐn)?shù)：？二、混合氣體平均分子量和氣體常數(shù)平均分子量混合氣體的氣體常數(shù)三、道爾頓分壓力定律1、分壓力在與混合物溫度相同的情況下，每一種組成氣體都獨(dú)自占據(jù)體積V時(shí)，組成氣體的壓力稱為分壓力。用pi表示。T,V

p1T,V

p2T,V

p

nT,…

V

2、分壓力定律混合氣體的總壓力等于各組成氣體分壓力之和，稱為道爾頓(Dalton)分壓定律四、混合氣體的比熱、內(nèi)能、焓和熵1、混合氣體比熱容質(zhì)量熱容體積熱容摩爾熱容2、混合氣體內(nèi)能和焓內(nèi)能和焓均為廣延參數(shù)3、混合氣體的熵熵為廣延參數(shù)熵變1.混合氣體的內(nèi)能、焓、熵為其各組元相應(yīng)參數(shù)的總和；

2.混合氣體的比內(nèi)能、比焓、比熵和比熱為各組元的相應(yīng)參數(shù)與質(zhì)量成分乘積的總和，

3.混合氣體的摩爾內(nèi)能、摩爾焓等為各組元的相應(yīng)參數(shù)與摩爾成分乘積的總和；

4.各組成的氣體的參數(shù)均按其分壓力和混合氣體溫度計(jì)算。例

試求空氣在自由膨脹中比熵的變化量，已知初態(tài)空氣的溫度為，體積為，膨脹終了的容積

解：取整個(gè)容器內(nèi)的空氣為孤立系統(tǒng)（系統(tǒng)與外界無功、熱及物質(zhì)交換）即：空調(diào)系統(tǒng)冷卻塔圖片濕空氣一濕空氣的相對(duì)濕度2.涉及濕空氣的常見的工業(yè)過程

空氣溫度與濕度調(diào)節(jié)過程、物體的干燥過程、冷卻水塔中的水冷卻過程等。干空氣與濕空氣

干空氣—不含水蒸汽的空氣稱為干空氣。濕空氣—含水蒸汽的空氣稱為濕空氣。濕空氣=干空氣＋水蒸汽3.分析濕空氣時(shí)假定：把氣相混合物看作是理想氣體混合物；當(dāng)蒸汽凝結(jié)成液相或固相時(shí)，液相或固相中不包含溶解的空氣；空氣的存在不影響蒸汽與其凝聚相之間的相平衡。以上假定在高壓下可能導(dǎo)致較大的誤差。4.下標(biāo)約定：

a－干空氣

v－水蒸汽

s－飽和水蒸汽－無下標(biāo)為濕空氣參數(shù)注意:其他教材有時(shí)上下標(biāo)“w”代表水蒸氣的參數(shù)，書本上用的是“v”!5.未飽和空氣和飽和空氣未飽和空氣—是由干空氣與過熱蒸汽組成的混合物。飽和空氣—是由干空氣與飽和蒸汽組成的混合物。飽和空氣=干空氣+飽和蒸汽未飽和空氣=干空氣＋過熱蒸汽所以空氣飽和與否取決于t，pv

空氣中的水蒸氣空氣達(dá)成飽和的途徑

t不變，pv上升，pv=ps(t)pv不變，t下降t=ts(pv)6.絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度絕對(duì)濕度單位容積的濕空氣中包含的水蒸汽質(zhì)量，也就是水蒸汽的密度。濕空氣中水蒸汽的分壓力愈大，其絕對(duì)濕度愈大；水蒸汽的分壓力不可能超過該溫度下水蒸汽的飽和壓力。在一定溫度下：水蒸汽達(dá)到飽和時(shí)，濕空氣具有該溫度下最大絕對(duì)濕度，這時(shí)的空氣稱為飽和空氣。濕空氣未達(dá)到飽和時(shí)，其中水蒸汽的分壓力總小于飽和壓力，水蒸汽處于過熱狀態(tài)，這時(shí)濕空氣為未飽和空氣。相對(duì)濕度

濕空氣的絕對(duì)濕度與同溫度下飽和空氣的絕對(duì)濕度的比值為相對(duì)濕度

=

0～100%，飽和空氣的相對(duì)濕度為100%；相對(duì)濕度愈小，表示空氣中水蒸汽距離飽和狀態(tài)愈遠(yuǎn)，空氣吸收水分的能力愈大，即愈干燥；反之空氣愈潮濕。代入定義式中有：由于：即：相對(duì)濕度7.濕空氣的含濕量(比濕度)在總壓力P不變的情況下，一定的蒸汽分壓力對(duì)應(yīng)著一定的含濕量。在總壓力P不變的情況下，相對(duì)濕度愈高，含濕量也愈高。

已知圖中1、2、3各點(diǎn)在同一等壓線上，試比較其ρv、及的大小解：1kg干空氣與dkg的水蒸汽組成的濕空氣，其密度：8.濕空氣的密度J/kg·kJ/kg·kkg/m39.濕空氣的焓

考慮到濕空氣中水蒸汽的質(zhì)量經(jīng)常變化，而干空氣的質(zhì)量是穩(wěn)定的，所以濕空氣的比焓是相對(duì)于單位質(zhì)量的干空氣而言：經(jīng)驗(yàn)公式：從未飽和到飽和的途徑Tspvps1、

T

加水蒸氣pvab3、

pv

不變，Tabaddc2、

pv

，Tac4、

vaee結(jié)露Td露點(diǎn)溫度二濕空氣的露點(diǎn)和濕球溫度1、露點(diǎn)溫度在給定的水蒸汽分壓力下，使未飽和濕空氣變成飽和濕空氣時(shí)所對(duì)應(yīng)的那個(gè)溫度（水蒸汽分壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度)稱為露點(diǎn)溫度td

或簡稱露點(diǎn)?；蜷_始結(jié)露的溫度稱為露點(diǎn)溫度。氣流吹過——濕份氣化——表面降溫——熱量傳遞干球溫度計(jì)濕球溫度計(jì)大氣2干濕球溫度計(jì)示意圖用濕紗布包扎普通溫度計(jì)的感溫部分，紗布下端浸在水中，以維持感溫部位空氣濕度達(dá)到飽和，在紗布周圍保持一定的空氣流通，使于周圍空氣接近達(dá)到等焓。示數(shù)達(dá)到穩(wěn)定后，此時(shí)溫度計(jì)顯示的讀數(shù)近似認(rèn)為濕球溫度。一支用于測定氣溫，稱干球溫度計(jì)；另一支在球部用蒸餾水浸濕的紗布包住，紗布下端浸入蒸餾水中，稱濕球溫度計(jì)。由于包住濕球溫度計(jì)的紗布吸水后蒸發(fā)吸熱，所以示數(shù)比干球溫度計(jì)的示數(shù)小。濕球的紗布常常要換新的。當(dāng)空氣干燥時(shí)，濕球溫度計(jì)的紗布蒸發(fā)快，吸熱多，兩個(gè)溫度計(jì)的示數(shù)差就比較大。兩個(gè)溫度計(jì)的示數(shù)差越大，說明空氣越干燥。當(dāng)空氣中水蒸氣很多時(shí)，濕球溫度計(jì)的紗布蒸發(fā)慢，吸熱少，兩溫度計(jì)的示數(shù)差就小。兩個(gè)溫度計(jì)的示數(shù)差越小，說明空氣越潮濕。濕球溫度是指同等焓值空氣狀態(tài)下，空氣中水蒸汽達(dá)到飽和時(shí)的空氣溫度，在空氣焓濕圖上是由空氣狀態(tài)點(diǎn)沿等焓線下降至100%相對(duì)濕度線上，對(duì)應(yīng)點(diǎn)的干球溫度。

雖然某一狀態(tài)下的空氣濕球溫度一般低于干球溫度，但兩者之間是等焓的。

因?yàn)槟骋粻顟B(tài)的空氣，同濕球溫度表的濕潤溫包接觸，發(fā)生的是絕熱熱濕交換，濕度提高溫度下降總焓不變，直至紗布溫度足夠低，能使感溫包周圍的空氣達(dá)到飽和狀態(tài)后，水分的氣化接近停滯，此時(shí)濕球溫度計(jì)的溫度就穩(wěn)定下來，不再下降。4035302520151050-5℃0102030405060708090Φ%-5℃0℃5℃10℃15℃20℃25℃30℃35℃40℃干球溫度t濕球溫度tw相對(duì)濕度濕球溫度:是指同等焓值空氣狀態(tài)下,空氣中水蒸汽達(dá)到飽和時(shí)的空氣溫度。

干球溫度t、濕球溫度tw

、露點(diǎn)溫度td之間的關(guān)系未飽和濕空氣飽和濕空氣三、濕空氣的濕度圖

為適應(yīng)工程需要，已有計(jì)算濕空氣參數(shù)及過程的計(jì)算機(jī)程序，本課程也提供了應(yīng)用程序。有時(shí)為方便工程計(jì)算，常把濕空氣狀態(tài)參數(shù)之間關(guān)系制成圖線。濕空氣狀態(tài)參數(shù)線圖有多種型式，如焓濕(h-d)圖、濕度（ω-t)圖等。這里介紹濕度（ω-t)圖，如圖所示。在該圖中具有以下定值線：(1)定干球溫度線(=C)：濕度圖以為橫坐標(biāo)，故定溫度線就是一組垂直于橫坐標(biāo)的平行線，位置越靠右的定溫線值越高。(2)定比濕度線(ω＝C)：濕度圖以ω為縱坐標(biāo)，故定比濕度線就是一組平行于橫坐標(biāo)的水平線，水平線的位置越高，ω值越大；(3)定相對(duì)濕度線(＝C)：在選定了繪制濕度圖的總壓力p后，由于水蒸汽飽和壓力與溫度一一對(duì)應(yīng)，，故相對(duì)濕度是溫度及比濕度的函數(shù),，因此在濕度(ω-t)圖上，定線的走向是ω增大則t增大，或ω減小則t減小，成為一條下凹的曲線。當(dāng)ω不變時(shí)，則t減小φ增大，故位置越在圖右上方的定φ線，其值越大。(4)定焓線(h＝C)：通常，在空調(diào)、烘干等工程中涉及的溫度并不很高，所以由下式知，1.86t相對(duì)于2501可以忽略，故在濕度圖上的定焓線，幾乎是一組斜率為正的直線，在不變時(shí)ω越大h也越大，故焓值越大的定焓線越在圖的右上方。(5)定濕球溫度線(=C)：定濕球溫度線近似平行于定焓線，位置越在圖的右上方的值越大。由于露點(diǎn)td是下飽和空氣(=100%)的溫度，故td可以通過定ω線與＝100%線的交點(diǎn)的溫度而求得。在有些濕度圖上沒有定線，那只要通過濕空氣狀態(tài)點(diǎn)作定焓線與為100%的線相交所得到的溫度即為。四、濕空氣的焓│濕圖tst1t2t3t400d1d2d3d4d5t5-t0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.5

水蒸汽的分壓力pv×102PaΦ＝100%φ=常數(shù)H=常數(shù)溫度t℃含濕量ωg/kg(干空氣）四、濕空氣的焓濕圖及熱濕比一.

h-圖注意：h-圖隨P改變而改變A）制圖依據(jù)B)線群介紹:h-ω圖由下列五種線群組成：1、定濕線（等ω線）等ω線是一組平行于縱坐標(biāo)的直線群。露點(diǎn)td是濕空氣冷卻到＝100%時(shí)的溫度。因此含濕量ω相同，狀態(tài)不同的濕空氣具有相同的露點(diǎn)。2、定焓線（等h線）等h線是一組與橫坐標(biāo)軸成135°的直線群。等

h線亦可近似看成定濕球溫度線（tw）3、定溫線（等t線）

由H=1.005t+0.001d(2501+1.859t)，當(dāng)t=定值時(shí)，H和d成直線變化關(guān)系。t不同時(shí)斜率不同。因此等t線是一組互不平行的直線，t愈高，則等t線斜率愈大。4、定相對(duì)濕度線（等

線）

定線是一組向上凸的曲線群。

＝100%飽和空氣曲線把h-d

圖分成兩部分，曲線以上為未飽和濕空氣，曲線以下無實(shí)際意義。5、水蒸汽分壓力線當(dāng)d<<0.622時(shí)，則pw與d近似成直線關(guān)系。所以圖中d很小那段的pw為直線。該曲線畫在φ=100%等濕線下方，pw的單位為kPa二、熱濕比:反映過程變化中從1狀態(tài)到2狀態(tài)直線相對(duì)于d坐標(biāo)軸線的傾斜角度,角系數(shù)用途:已知1點(diǎn)和2點(diǎn)的任一參數(shù),通過可以定位定焓線和定濕線將H-d圖分為四個(gè)象限分壓定律pTVpTVpTVpTV分壓力pipTVpTVpTVpTV分容積Vi分容積定律降霧：白天太陽照射地面，地面吸收并積蓄了大量的熱。夜間，熱就開始向空中散發(fā)而使地面溫度降低。正常情況下，近地面層的大氣由于吸收地面蒸發(fā)的水分，處于未飽和濕空氣狀態(tài)。如果近地面層的溫度降至大氣露點(diǎn)以下，就會(huì)使接近地面的濕空氣達(dá)到飽和狀態(tài)，也就是說該濕空氣中水蒸汽含量達(dá)到極限。當(dāng)超過這個(gè)極限，處于飽和濕空氣狀態(tài)的大氣就會(huì)以煙塵為核心，凝結(jié)出細(xì)小的水滴，浮游于空中，如白氣，是為霧。霧滴的直徑在0.03毫米～0.04毫米。霧的形成條件：１）發(fā)生在大氣的近地面層；２）空氣必須冷至露點(diǎn)以下；３）必須是無風(fēng)或風(fēng)力極微弱的情況下；４）有凝結(jié)核；當(dāng)然，也可以在環(huán)境溫度不變的情況下，人為提高環(huán)境中水蒸氣的含量，即提高濕空氣中水蒸氣的分壓力，使大氣達(dá)到飽和濕空氣狀態(tài)，甚至過飽和狀態(tài)。進(jìn)而處于過飽和狀態(tài)的濕空氣就會(huì)以大氣中的煙塵為核心，形成霧。結(jié)露：濕空氣在較冷的物體表面上凝結(jié)成的水滴，這一現(xiàn)象多發(fā)生在夜間的戶外。例如，天黑后植物或巖石等物體會(huì)放出熱量而冷卻。周圍溫暖、潮濕的空氣，與物體相接觸部分，達(dá)到飽和狀態(tài)而成結(jié)晶水，附于其上便為露，它是屬于液化的現(xiàn)象。結(jié)露的條件：１）有成露界面；２）界面溫度下降，使得與其接觸的濕空氣達(dá)到飽和（濕空氣中水蒸氣的分壓力不變）；３）進(jìn)一步冷卻，溫度低于濕