混合氣體與濕空氣

混合氣體與濕空氣第一頁，共三十七頁，2022年，8月28日學習導引

本章實際上是前面內(nèi)容的延伸，主要介紹了混合氣體和濕空氣中的一些相關概念和術語，同時介紹了相應的求解方法，其中濕空氣的焓濕圖是以后學習和工程應用的基礎。第二頁，共三十七頁，2022年，8月28日學習要求

1.理解混合氣體的分壓力、分體積、成分表示、折合摩爾質(zhì)量、折合氣體常數(shù)等概念及意義。2.掌握混合氣體成分的換算、分壓力和比熱容的計算方法。3.理解濕空氣、未飽和濕空氣和飽和濕空氣的概念和意義。4.掌握濕空氣狀態(tài)參數(shù)的意義及其計算方法。5.熟悉濕空氣焓濕圖的結構，能熟練應用焓濕圖查取濕空氣參數(shù)。第三頁，共三十七頁，2022年，8月28日本章難點

1.濕空氣的基本概念和狀態(tài)參數(shù)較多，理解這些參數(shù)的物理意義以及在濕空氣熱力過程中的作用和計算方法有一定難度。2.濕空氣焓濕圖上有較多的定值線簇，容易混淆，熟練應用焓濕圖查取濕空氣參數(shù)有一定難度，應結合例題與習題加強練習。第四頁，共三十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)混合氣體的性質(zhì)指由兩種或兩種以上不發(fā)生化學反應的氣體組成的混合物。

什么是混合氣體?如:煙氣、空氣

當混合氣體中的每一種組成氣體都是理想氣體時，由它們組成的混合氣體也可以看作是理想氣體,具有理想氣體的一切特性。

第五頁，共三十七頁，2022年，8月28日一、混合氣體的分壓力和分體積1.分壓力

分壓力:每一種組成氣體在混合氣體的溫度下，單獨占有整個體積V時，所產(chǎn)生的壓力稱為該組成氣體的分壓力，用符號pi表示。第六頁，共三十七頁，2022年，8月28日

道爾頓分壓定律:混合氣體的壓力等于各組成氣體分壓力之和，即

道爾頓分壓定律僅適用于理想氣體。

混合氣體分壓力第七頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.分體積

分體積:每一種組成氣體處于混合氣體的溫度、壓力條件下時，單獨占據(jù)的體積，稱為該組成氣體的分體積，用符號Vi表示。

亞美格分體積定律：混合氣體的總體積V，等于各組成氣體分體積Vi之和,即

上式僅適用于理想混合氣體。第八頁，共三十七頁，2022年，8月28日二、混合氣體的成分表示方法與換算

成分:混合氣體中各組成氣體的含量與混合氣體總量的比值。

混合氣體的性質(zhì)不僅取決于熱力學參數(shù)如壓力、溫度等，還取決于混合氣體的組成成分。

質(zhì)量分數(shù)三種常用成分:體積分數(shù)摩爾分數(shù)

第九頁，共三十七頁，2022年，8月28日混合氣體的成分1.質(zhì)量分數(shù)

混合氣體中某組成氣體的質(zhì)量mi與混合氣體總質(zhì)量m的比值，稱為該組成氣體的質(zhì)量分數(shù)，用符號gi表示，即

第十頁，共三十七頁，2022年，8月28日混合氣體的成分2.體積分數(shù)

混合氣體中某組成氣體的分體積Vi與混合氣體總體積V的比值，稱為該組成氣體的體積分數(shù)，用符號ri表示，即

第十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日混合氣體的成分3.摩爾分數(shù)

混合氣體中某組成氣體的摩爾數(shù)ni與混合氣體總摩爾數(shù)n的比值，稱為該組成氣體的摩爾分數(shù)，用符號xi表示，即

第十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日混合氣體的成分三種成分間的換算rixi

ri與xi

:

gi與ri:

Mi和M分別表示某組成氣體與混合氣體的摩爾質(zhì)量。

第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日三、混合氣體的折合摩爾質(zhì)量和

折合氣體常數(shù)1.折合摩爾質(zhì)量M已知ri(或xi)和Mi

:已知gi和Mi:2.折合氣體常數(shù)Rg已知M

:取決于組成氣體的種類和成分第十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日四、分壓力的確定說明:某組成氣體的分壓力等于混合氣體的總壓力與該組成氣體體積分數(shù)的乘積。

第十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日五、混合氣體的比熱容混合氣體溫度升高（或降低）時，氣體所吸收（或放出）的熱量，等于各組成氣體溫度升高（或降低）時所吸收（或放出）的熱量之和。

設組成氣體有:c1、c2、c3、……、cn，g1、g2、g3、……、gn

則混合氣體有:第十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日

例6-1某煙氣按體積成分分析如下：二氧化碳10％，氧氣5％，氮氣75％，水蒸氣10％。煙氣的總壓力為101.3kPa。試求該煙氣的氣體常數(shù)及各組成氣體的分壓力。

解：根據(jù)式（6-11）可求出煙氣的折合摩爾質(zhì)量為

所以，該煙氣的氣體常數(shù)為又由式（6-14），可得各組成氣體的分壓力為第十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)濕空氣的性質(zhì)濕空氣

自然界中存在的空氣都是濕空氣。

干空氣+水蒸氣完全不含水蒸氣不變的整體

含量或狀態(tài)有可能改變

濕空氣可視為理想混合氣體。

制冷工程中,空氣中水蒸氣的影響不能忽略。

即為一種混合氣體如結露第十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日一、濕空氣的總壓力和分壓力

1.濕空氣的總壓力和分壓力

上式中，下標v代表水氣，a代表干空氣

。

濕空氣的總壓力等于干空氣分壓力和水蒸氣分壓力之和在采暖和空氣調(diào)節(jié)等工程中所處理的濕空氣就是大氣，因此有

當?shù)卮髿鈮?/p>

道爾頓定律

第十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.飽和濕空氣和未飽和濕空氣

飽和濕空氣

未飽和濕空氣根據(jù)其中水蒸氣所處狀態(tài)（pv，t）的不同，濕空氣可分為:

(干)飽和蒸汽

干空氣

+

干空氣

+

過熱蒸汽

pv＜

ps(t)Pv=ps(t)ps(t):同溫度下水蒸氣的飽和壓力如圖中A點定溫(t)吸濕A-B,Pv增大至Ps如圖中B點定溫(t)加入水蒸氣析出水滴飽和濕空氣吸收水蒸氣的能力達到極限;升溫可繼續(xù)吸濕。

如大氣第二十頁，共三十七頁，2022年，8月28日二、濕空氣的濕度

濕度:濕空氣中水蒸氣的含量。

含濕量相對濕度絕對濕度三種濕度第二十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日

Rg,v

——水蒸氣的氣體常數(shù)，Rg,v461.5J（kgK）。

1.絕對濕度

——

1m3濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，稱為絕對濕度。即濕空氣中水蒸氣的密度：濕空氣的濕度絕對濕度只能說明濕空氣中實際所含水蒸氣的多少，而不能說明濕空氣的干、濕程度或吸濕能力的大小。

第二十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日飽和濕空氣干空氣未飽和濕空氣2.相對濕度——濕空氣的絕對濕度與同溫度下飽和濕空氣的絕對濕度之比稱為相對濕度。

值越小，空氣越干燥，吸濕能力越強；值越大，空氣越潮濕，吸濕能力越弱。一定溫度下，水蒸氣的分壓力越大，相對濕度也就越大，濕空氣越接近飽濕空氣

濕空氣的濕度第二十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日3.含濕量d——含有1kg干空氣的濕空氣中所含有的水蒸氣質(zhì)量稱為含濕量或比濕度。

kg/kg（干空氣)Rg,v461.5J/（kgK）

Rg,a287J/（kgK）對大氣，濕空氣的濕度第二十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日三、濕空氣的溫度

1.干球溫度t2.濕球溫度tw

測量濕球溫度。

濕球溫度的高低取決于濕空氣的溫度和濕度。當空氣的溫度一定時，濕度越大，測得的濕球溫度越接近空氣的干球溫度，當空氣中的水蒸氣達到飽和狀態(tài)時，測得的濕球溫度與干球溫度相等。

干球溫度不能反映濕空氣中水蒸氣含量的多少和濕空氣是否還具有吸收水蒸氣的能力。測量濕空氣的真實溫度。

第二十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日對未飽和濕空氣，濕紗布中的水分蒸發(fā)吸熱使水溫降低，空氣熱量傳給濕紗布中的水，若水蒸發(fā)所需的熱量大于空氣向水傳遞的熱量時，則水溫繼續(xù)下降，直到紗布表面水蒸發(fā)所需的熱量正好等于空氣向水傳遞的熱量時，紗布中的水溫則不再下降，達到平衡，這個穩(wěn)定的溫度就稱為濕球溫度。整個蒸發(fā)和傳熱過程可以近似看作是定焓過程。

濕球溫度的測量原理:濕空氣的溫度第二十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日飽和濕空氣

未飽和濕空氣——濕空氣中水蒸氣分壓力pv所對應的飽和溫度稱為露點溫度td

，簡稱為露點。即開始結露時的溫度。如圖中A點ps(t):同溫度下水蒸氣的飽和壓力含濕量d不變,定pv下降溫,A→C,Pv(t)=Ps(t)如圖中C點如大氣濕空氣的溫度3.露點溫度td在空氣調(diào)節(jié)中，常常利用露點來控制空氣的干、濕程度。

繼續(xù)降溫,t﹤td結露當t﹤td,濕空氣中的水蒸氣凝結成水滴并分離出來結霜

td﹤0°C第二十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日濕空氣的溫度4.t、tw與td間的關系除干球溫度外，濕球溫度、露點溫度都與濕空氣中的水蒸氣的含量有關，對不飽和濕空氣:對飽和濕空氣:所以t＞tw＞tdttwtd第二十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日四、濕空氣的焓

濕空氣的焓：

HHaHvmahamvhv濕空氣的焓等于干空氣的焓與水蒸氣的焓之和

濕空氣的比焓：

kJ/kg（干空氣）

工程中，取0C時ha=0，且cp1.005kJ/（kg·K）,則

濕空氣中hv，可用查表法或公式法求取。濕空氣的干球溫度

第二十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日濕空氣的焓1.查表法已知由未飽和水與過熱水蒸氣的熱力性質(zhì)表

t,pv

濕空氣中水蒸氣的分壓力或已知t,pb

,d附表6直接查得hv

因此第三十頁，共三十七頁，2022年，8月28日濕空氣的焓2.公式法取水的三相點為基準

例6-2

第三十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日第三節(jié)濕空氣的焓濕圖

利用焓濕圖可方便地確定濕空氣的狀態(tài)參數(shù)，分析計算濕空氣的熱力工程。

（2）定焓線簇

h0、h1、

h2、h3

…（1）定含濕量線簇

d1、

d2、d3

…（3）定溫線簇

t0、t1、

t2、t3

…（4）定相對濕度線簇

1、

2、

3

…（5）水蒸氣分壓力線pv1.焓濕圖的構成:第三十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日焓濕圖２.濕空氣焓濕圖的應用

（1）確定狀態(tài)參數(shù)（2）確定露點溫度

pb確定時，只要已知d、h、t、、pv中的任意兩個狀態(tài)參數(shù)，就可確定狀態(tài)點，并查出其余參數(shù)。

不同狀態(tài)的濕空氣，只要其含濕量d相同，則具有相同的露點。

第三十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日焓濕圖（3）確定濕球溫度（4）表示和計算濕空氣的狀態(tài)變化過程

濕空氣的濕球溫度tw