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1、第十二章 理想气体混合物及湿空气本讲稿第一页，共五十四页本章主要内容本章主要内容12-2 湿空气的一般概念湿空气的一般概念12-1 理想气体混合物理想气体混合物12-3 湿空气的性质湿空气的性质 12-4 湿空气的焓湿图湿空气的焓湿图12-5 湿空气的热力过程湿空气的热力过程本讲稿第二页，共五十四页研究对象研究对象 无化学反应的理想气体混合物无化学反应的理想气体混合物例：例：锅炉烟气锅炉烟气 CO2,CO,H2O,N2 燃气轮机中的燃气燃气轮机中的燃气空调工程中的湿空气空调工程中的湿空气水蒸气含量低，稀薄，当作理想气体水蒸气含量低，稀薄，当作理想气体水蒸气含量可变化，单独研究水蒸气含量可变化，
2、单独研究12-1 理想气体混合物理想气体混合物本讲稿第三页，共五十四页一、混合气体的成分一、混合气体的成分 第第 i 种组元气体的种组元气体的质量成分质量成分：设混合气体由设混合气体由1,2,3,i,k种气体组成种气体组成各组元质量成各组元质量成分之和为分之和为1Mass Fraction本讲稿第四页，共五十四页摩尔成分摩尔成分 mole fraction设混合气体由设混合气体由1,2,3,i,k种气体组成种气体组成摩尔数摩尔数第第 i 种组元气体的种组元气体的摩尔成分：摩尔成分：各组元摩尔成各组元摩尔成分之和为分之和为1本讲稿第五页，共五十四页二、平均摩尔质量二、平均摩尔质量Meq和折合气体
3、常数和折合气体常数Rg,eq设混合气体的平均摩尔质量为设混合气体的平均摩尔质量为Meq，摩尔数，摩尔数为为n，则混合气体质量，则混合气体质量 折合气体常数折合气体常数平均摩尔质量为平均摩尔质量为MeqGas constant of gas mixtureeqeq本讲稿第六页，共五十四页三、三、分压定律和分体积定律分压定律和分体积定律p T Vp T Vp T Vp T V分压力分压力pi本讲稿第七页，共五十四页压力是分子对管壁的作用力压力是分子对管壁的作用力 分压定律的物理意义分压定律的物理意义 混合气体对管壁的作用力是组元气体单混合气体对管壁的作用力是组元气体单独存在时的作用力之和独存在时的
4、作用力之和理想气体理想气体模型模型1.分子之间没有作用力分子之间没有作用力 2.分子本身不占容积分子本身不占容积 分压力状态是第分压力状态是第i 种组元气体种组元气体的实际存在状态的实际存在状态本讲稿第八页，共五十四页质量成分与混合物气体常数质量成分与混合物气体常数kJ/kg.K本讲稿第九页，共五十四页p T Vp T Vp T Vp T V分体积分体积Vi分体积定律分体积定律本讲稿第十页，共五十四页四、四、混合气体的参数计算混合气体的参数计算质量，摩尔数，压力，体积，热力学能，焓，质量，摩尔数，压力，体积，热力学能，焓，定压比热容，定容比热容，熵定压比热容，定容比热容，熵总参数总参数加和性加
5、和性总参数是各组元在分压力状态下的分参总参数是各组元在分压力状态下的分参数之和数之和（除总容积）（除总容积）本讲稿第十一页，共五十四页混合物总参数的计算混合物总参数的计算质量守恒质量守恒摩尔数守恒摩尔数守恒 分压定律分压定律本讲稿第十二页，共五十四页混合物比参数的计算混合物比参数的计算加权性加权性kJ/kgkJ/kmol注意：注意：各组成气体各组成气体混合气体混合气体热力热力学能学能本讲稿第十三页，共五十四页混合物比参数的计算混合物比参数的计算kJ/kgkJ/kmol注意：注意：各组成气体各组成气体混合气体混合气体焓焓本讲稿第十四页，共五十四页混合物比参数的计算混合物比参数的计算kJ/kg.K
6、kJ/kmol.K定压比热容定压比热容kJ/kg.KkJ/kmol.K定容比热容定容比热容熵熵本讲稿第十五页，共五十四页混合物体积的计算混合物体积的计算分体积定律分体积定律总体积总体积比体积比体积m3/kgm3/kmol本讲稿第十六页，共五十四页例例 12-1 O2N2绝热刚性容器中，绝热刚性容器中，p1,O2=0.5MPa,nO2=0.6kmol的氧气与的氧气与p1,N2=0.8MPa,nN2=0.4kmol氮气实现等温混合，试求混合气氮气实现等温混合，试求混合气体的压力和混合过程的熵增。体的压力和混合过程的熵增。解：解：本讲稿第十七页，共五十四页例例12-1解答解答O2N2 本讲稿第十八页
7、，共五十四页例例12-1解答解答混合熵增混合熵增本讲稿第十九页，共五十四页例例12-1解答解答混合熵增混合熵增 本讲稿第二十页，共五十四页若两种气体皆为氧气，混合气体的压力和若两种气体皆为氧气，混合气体的压力和混合熵增又为多少。混合熵增又为多少。本讲稿第二十一页，共五十四页熵熵是状态参数，具有可加性是状态参数，具有可加性 不同参数的混合熵不同参数的混合熵 g,i 本讲稿第二十二页，共五十四页12-2 湿空气的一般概念湿空气的一般概念湿空气研究对象湿空气研究对象空调工程中的湿空气空调工程中的湿空气水蒸气含量低，稀薄，当作理想气体水蒸气含量低，稀薄，当作理想气体水蒸气含量可变化，单独研究水蒸气含量
8、可变化，单独研究本讲稿第二十三页，共五十四页湿空气湿空气（干空气干空气水蒸气水蒸气）湿空气与一般理想混合气体的湿空气与一般理想混合气体的最大最大区别区别是水蒸气的成分可能变化。是水蒸气的成分可能变化。分压低分压低理想混合气体理想混合气体Dry airAtmospheric air本讲稿第二十四页，共五十四页饱和蒸汽饱和蒸汽 一、一、未饱和湿空气未饱和湿空气未饱和湿空气未饱和湿空气和和饱和湿空气饱和湿空气过热蒸汽过热蒸汽水蒸气水蒸气干空气干空气过热过热水蒸气水蒸气pv ps(T)Tspvps加入水蒸气加入水蒸气，pvInsaturated air本讲稿第二十五页，共五十四页二、二、饱和湿空气饱和
9、湿空气未饱和湿空气未饱和湿空气和和饱和湿空气饱和湿空气干空气干空气饱和饱和水蒸气水蒸气pv ps(T)Tsps温度一定，不能再温度一定，不能再加入水蒸气加入水蒸气Saturated air本讲稿第二十六页，共五十四页从未饱和到饱和的途径从未饱和到饱和的途径Tspvps1、T 加水蒸气加水蒸气pvab3、pv 不变，不变，Ta ba ddc2、pv ，Ta c结露结露Td 露点温度露点温度本讲稿第二十七页，共五十四页 Td =Ts(pv)三、三、露点露点Dew-point湿润的夏天水管上常出现水珠湿润的夏天水管上常出现水珠?冷水管冷水管t=20oCTsdpv=0.04bar大气温度大气温度t=3
10、0oCtd=28.95oC 本讲稿第二十八页，共五十四页本讲稿第二十九页，共五十四页湿空气中所含水蒸气的量湿空气中所含水蒸气的量12-3 湿空气的性质湿空气的性质1、相对相对湿度湿度 relative humidity2、含湿量含湿量 Humidity ratiod本讲稿第三十页，共五十四页1、相对湿度、相对湿度relative humidity 1 饱和湿空气饱和湿空气 在相同的温度下：在相同的温度下：相对湿度相对湿度 0 干空气干空气 0 1 未饱和湿空气未饱和湿空气 表明湿空气与同温下饱和湿空气的偏离表明湿空气与同温下饱和湿空气的偏离(接近）接近）程度程度 反映所含水蒸气的饱和程度反映所
11、含水蒸气的饱和程度 越湿润，吸水能力低越湿润，吸水能力低 本讲稿第三十一页，共五十四页2、含湿量、含湿量 Specific humidity 湿空气中干空气的量总不变，以此为计算基准湿空气中干空气的量总不变，以此为计算基准 含湿量含湿量kg水蒸气水蒸气/kg干空气干空气？本讲稿第三十二页，共五十四页以单位质量干空气为基准，以单位质量干空气为基准，理想混合气体理想混合气体kJ/kg干空气干空气工程上，取工程上，取0oC时时3 湿空气的焓湿空气的焓干空气的焓干空气的焓水蒸气的焓水蒸气的焓温度温度t下下饱和水的焓饱和水的焓hv=0ha=0干空气的焓干空气的焓本讲稿第三十三页，共五十四页4 湿空气的熵
12、湿空气的熵kJ/kg干空气干空气.K本讲稿第三十四页，共五十四页4 湿空气的比体积湿空气的比体积m3/kg干空气干空气本讲稿第三十五页，共五十四页 12-4 湿空气的焓湿图湿空气的焓湿图湿空气的参数很多，有多少独立的变量湿空气的参数很多，有多少独立的变量根据吉布斯相律根据吉布斯相律组元数组元数 2pb,h,d焓湿图焓湿图相数相数 1固定固定Psychrometric charts本讲稿第三十六页，共五十四页湿空气的焓湿图湿空气的焓湿图本讲稿第三十七页，共五十四页本讲稿第三十八页，共五十四页焓湿图焓湿图的的结构结构dhht1.等等d线线 d=0 为干空气为干空气2.等等h线线 人为将等人为将等h
13、线旋转线旋转1351353.等等t线线 为正斜率的直线为正斜率的直线4.等等线线 是一组向上凸的线是一组向上凸的线 =100为饱和线。上部未饱和为饱和线。上部未饱和线，下部无意义线，下部无意义=1005.等等pv线线pv本讲稿第三十九页，共五十四页12-5 湿空气的热力过程湿空气的热力过程 一、单纯加热或冷却过程一、单纯加热或冷却过程d不变不变12q加热加热1 2放热放热1 2hh加热过程简图加热过程简图本讲稿第四十页，共五十四页二、冷却去湿二、冷却去湿过程过程Cooling with Dehumidification本讲稿第四十一页，共五十四页qd1h1d4h4d1-d4h水水本讲稿第四十二
14、页，共五十四页三、绝热加湿三、绝热加湿过程过程d1h1d2h2d2-d1h水水t1t2向空气中喷水，汽化潜热向空气中喷水，汽化潜热来自空气本身，来自空气本身，t蒸发冷却过程蒸发冷却过程绝热加湿示意图绝热加湿示意图2dt本讲稿第四十三页，共五十四页向空气中喷蒸气，向空气中喷蒸气，2本讲稿第四十四页，共五十四页四、绝热混合四、绝热混合过程过程空调工程常用方法空调工程常用方法d1d2ma2ma1ma3d3绝热混合过程简图绝热混合过程简图本讲稿第四十五页，共五十四页四、绝热混合四、绝热混合过程过程dh12h3h23h1d1d2ma2ma1ma3d3ma1ma2例题例题本讲稿第四十六页，共五十四页例题例
15、题dh12已知空气的已知空气的t1=20oC，p1=0.1MPa将其加热至将其加热至t2=50oC，后后送入干燥室，从干燥室送入干燥室，从干燥室排出时排出时t3=30oC，求：求：1）2）从干燥室每吸收）从干燥室每吸收1kg水分所需空气量和加水分所需空气量和加热量热量h2h13本讲稿第四十七页，共五十四页例题例题dh12h2h13根据根据t1=20oC，p1=0.1MPa，查图查图d1=8.9g水蒸气水蒸气/kg干空气干空气h1=42.8kJ/kg干空气干空气根据根据d2=d1,t2=50oC查图查图 h2=73.5kJ/kg干空气干空气根据根据h3=h2,t3=30oC查图查图d3=17.0
16、g水蒸气水蒸气/kg干空气干空气本讲稿第四十九页，共五十四页思考题1 处于平衡状态的理想气体混合气体中，各种组成气体可以各自互不影响地充满整个体积，他们的行为可以与它们各自单独存在时一样，为什么？2 理想气体混合物中各组成气体究竟处于什么样的状态？3 为何阴雨天晒衣服不易干，而晴天则容易干？4 何谓湿空气的露点温度？解释降雾、结露、结霜现象，并说明他们发生的条件5有人说热水流经冷却塔后，温度可以降到地狱冷却塔的进气温度对不对？为什么？本讲稿第五十页，共五十四页dh12h2h13含含1kg干空气的湿空气所吸收水分干空气的湿空气所吸收水分每吸收每吸收1kg水分所需干空气水分所需干空气每吸收每吸收1kg水分所需湿空气水分所需湿空气每吸收每吸收1kg水分所需加热量水分所需加热量本讲稿第五十一页，共五十四页绝热加湿过程简图本讲稿第五十二页，共五十四页冷去去湿过程本讲稿第五十三页，共五十四页绝热混合绝热混合过程过程本讲稿第五十四页，共五十四页