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1、理想气体混合物和湿空气第1页，本讲稿共69页基本知识点基本知识点1.1.理理解解绝绝对对湿湿度度、相相对对湿湿度度、含含湿湿量量、饱饱和度、湿空气密度和度、湿空气密度3.3.熟练使用湿空气的焓湿图。熟练使用湿空气的焓湿图。4.4.掌掌握握湿湿空空气气的的基基本本热热力力过过程程的的计计算算和和分分析。析。2.2.干干球球温温度度、湿湿球球温温度度、露露点点温温度度和和角角系数等概念的定义式及物理意义。系数等概念的定义式及物理意义。第2页，本讲稿共69页第九章第九章 理想混合气体和湿空气理想混合气体和湿空气 Ideal-Gas Mixtures and Wet Air第3页，本讲稿共69页研究对
2、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，单独研究第4页，本讲稿共69页本章主要内容本章主要内容 1、成分描写成分描写2、分压定律和分容积定律分压定律和分容积定律3、混合物参数计算混合物参数计算4、湿空气湿空气第5页，本讲稿共69页9-1 9-1 混合气体的成分混合气体的成分 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
3、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第6页，本讲稿共69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第7页，本讲稿共69页平均摩尔质量平均摩尔质量M和折合气体常数和折合气体常数R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M，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MGas c
4、onstant of gas mixture第8页，本讲稿共69页与与xi的换算的换算已知已知 xi第9页，本讲稿共69页9-2 分压定律和分容积定律分压定律和分容积定律Daltons law of additive pressures:The pressure of a gas mixture is equal to the sum of the pressures each gas would exert if it existed alone at the mixture temperature and volume p T Vp T Vp T Vp T V分压力分压力pipartial
5、 pressure第10页，本讲稿共69页分压定律分压定律p T Vp T Vp T Vp T V分压力分压力pi第11页，本讲稿共69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独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存在时的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 种组元气体的种组元气体的实际存在状态实际存在状态第12页，本讲稿共69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
6、.K第13页，本讲稿共69页Amagats law of additive volumes:The volume of a gas mixture is equal to the sum of the volumes each gas would occupy if it existed alone at the mixture temp.and pressure p T Vp T Vp T Vp T V分容积分容积Vipartial volume第14页，本讲稿共69页分容积定律分容积定律p T Vp T Vp T Vp T V分容积分容积Vi容积成分容积成分摩尔成分摩尔成分volume f
7、raction第15页，本讲稿共69页为什么引入分容积定律为什么引入分容积定律混合气体的测量混合气体的测量成分分析仪成分分析仪 得到得到 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第16页，本讲稿共69页9-3 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，容积，内能，焓，质量，摩尔数，压力，容积，内能，焓，定压比热容，定容比热容，熵，定压比热容，定容比热容，熵，Ex总参数总参数加和性加和性总参数是各组元在分压力状态下的分总参数是各组元在分压力状态下的分参数之和参数之和（除总容积）（除总容积）第17页，本讲稿共69页混合物总参数的计算混合物总参数
8、的计算质量守恒质量守恒摩尔数守恒摩尔数守恒 分压定律分压定律第18页，本讲稿共69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内能内能第19页，本讲稿共69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第20页，本讲稿共69页混合物比参数的计算混合物比参数的计算kJ/kg.KkJ/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第21页，本讲稿共69页混合物比参数的计算混合物比参数的计算kJ/kg.KkJ/kmol
9、.K熵熵kJ/kg.KkJ/kmol.Kex第22页，本讲稿共69页混合物容积的计算混合物容积的计算分容积定律分容积定律总容积总容积比容比容m3/kgm3/kmol第23页，本讲稿共69页9-4 9-4 同同T同同p下理想气体绝热混合熵增下理想气体绝热混合熵增 典型的不可逆过程典型的不可逆过程ABp T xA p T xB p T 1molA+B第24页，本讲稿共69页9-4 9-4 同同T同同p下理想气体绝热混合熵增下理想气体绝热混合熵增ABp T xB p T xA p T 1molA+B多组元多组元第25页，本讲稿共69页同同T同同p下理想气体绝热混合熵增的说明下理想气体绝热混合熵增的说
10、明1、混合熵增仅与混合熵增仅与xi有关，与气体种类无关有关，与气体种类无关0.2kmol O2与与 0.8kmol N2，同同T同同p下混合成下混合成1kmol1kmol0.2kmol H2与与 0.8kmol O2，同同T同同p下混合成下混合成1kmol1kmol混合混合 熵增熵增2、似乎同种气体似乎同种气体同同T同同p下下混合熵增也等于上式混合熵增也等于上式但根据熵的广延性，同种气体但根据熵的广延性，同种气体同同T同同p下下混合熵混合熵增等于增等于0吉布斯佯谬吉布斯佯谬无分压力概念无分压力概念第26页，本讲稿共69页同同T同同p下理想气体绝热混合下理想气体绝热混合ExEx损失损失ABp T
11、 xA p T xB p T 1molA+B混合前混合前混合后混合后混合前后混合前后Ex损失损失第27页，本讲稿共69页同同T同同p下理想气体绝热混合焓下理想气体绝热混合焓Ex损失损失第28页，本讲稿共69页举例举例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，试求混合气体氮气实现等温混合，试求混合气体的压力和混合熵增。的压力和混合熵增。解：解：第29页，本讲稿共69页举例解答举例解答O2N2第30页，本讲稿共69页举例解答举例解答混合熵增混合熵增第31页，本讲稿共69页
12、举例解答举例解答混合熵增混合熵增第32页，本讲稿共69页举例举例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。第33页，本讲稿共69页28 混合气体的性质混合气体的性质v混合气体的分压力混合气体的分压力:维持混合气体的温度和容积不变时，各组成气体各组成气体所具有的压力压力 v道尔顿分压定律道尔顿分压定律:维持混合气体的温度和压力不变时，各组成气体各组成气体所具有的容积。v阿密盖特分容积定律：阿密盖特分容积定律：混合气体的总容积总容积V等于各组成气体分容积分容积Vi之和和。即：混合气体的分容积：混合气体的分容积：第34页，本讲稿共69
13、页有关定义 o质量成分定义式：质量成分定义式：o容积成分定义式：容积成分定义式：o摩尔成分定义式：摩尔成分定义式：某组元气体的质量混合气体总质量某组元气体的容积混合气体总容积组元气体的摩尔数混合气体总摩尔数第35页，本讲稿共69页湿空气（湿空气（干空气干空气水蒸气水蒸气）空调、通风、烘干、冷却塔、储存空调、通风、烘干、冷却塔、储存11-1 11-1 湿空气湿空气的性质的性质 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区别最大区别 水蒸气的含量是变量水蒸气的含量是变量!分压低分压低理想混合气体理想混合气体第36页，本讲稿共69页冷却塔照片冷却塔照片第37页，本讲稿共69页饱和蒸汽饱
14、和蒸汽 1、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，pv第38页，本讲稿共69页2、饱和湿空气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，不能温度一定，不能再加入水蒸气再加入水蒸气第39页，本讲稿共69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 c4、va ee结露结露Td 露
15、点温度露点温度第40页，本讲稿共69页 Td =Ts(pv)结露与露点结露与露点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=30oCtd=28.98oC干燥的冬天干燥的冬天pv小，小，td0.0 oC结霜结霜 结雾？结雾？第41页，本讲稿共69页湿空气中所含水蒸气的量湿空气中所含水蒸气的量湿空气的湿度湿空气的湿度1、绝对湿度绝对湿度每每1m3湿空气中所含的水蒸气的质量湿空气中所含的水蒸气的质量kg水蒸气水蒸气/m3湿空气湿空气绝对湿度绝对湿度T,pv下水蒸气的密度下水蒸气的密度不常用不常用第42页，本讲稿共69页2
16、、相对湿度、相对湿度 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 tw td第50页，本讲稿共69页11-411-4 湿空气的焓湿图与热湿比湿空气的焓湿图与热湿比湿空气的参数很多，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相律根据相律组元数组元数 2pb,h,d焓湿图焓湿图相数相数 1固定固定pb=0.1MPa第51页，本讲稿共69页焓湿图的结构焓湿图的结构d=0 干空气干空气dh2、h 线线1、d 线线 h 与与 t 很接近很接近 人为将人为将 h 旋转旋转135度度 h135度度第52页，本讲稿共69页焓湿图的结构焓湿图的结
17、构dh3、t 线线 正斜率的直线正斜率的直线 h等干球温度线等干球温度线t第53页，本讲稿共69页焓湿图的结构焓湿图的结构dh是一组向上凸是一组向上凸的线的线 h等相对湿度线等相对湿度线t4、线线饱和线饱和线 上部未饱和线上部未饱和线 下部无意义下部无意义 干空气干空气d=0 第54页，本讲稿共69页焓湿图的结构焓湿图的结构dhht4、线线ts=99.63oCd第55页，本讲稿共69页焓湿图的结构焓湿图的结构dhht5、线线d第56页，本讲稿共69页焓湿图的结构焓湿图的结构dhht6、露点、露点tdpv下饱和下饱和湿空气湿空气td第57页，本讲稿共69页焓湿图的结构焓湿图的结构dhht7、湿球
18、温度、湿球温度tw绝热饱和温度绝热饱和温度tdtwt第58页，本讲稿共69页焓湿图的结构焓湿图的结构dhht8、热湿比、热湿比h-d图上为直线图上为直线:角系数：过程方向角系数：过程方向 与特征与特征第60页，本讲稿共69页焓湿图的结构焓湿图的结构dhht8、热湿比、热湿比12已知初态已知初态1过程斜率已知过程斜率已知可确定终态可确定终态第61页，本讲稿共69页焓湿图的结构焓湿图的结构dhht不同的不同的pb不同的不同的h-d图图第62页，本讲稿共69页第63页，本讲稿共69页11-5 11-5 湿空气的基本热力过程湿空气的基本热力过程 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1
19、2qdh122加热加热1 2放热放热1 2hh第64页，本讲稿共69页二、冷却去湿过程二、冷却去湿过程qdh12234d1h1d4h4d1-d4h水水第65页，本讲稿共69页三、绝热加湿过程三、绝热加湿过程dh12d1h1d2h2d2-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dt第66页，本讲稿共69页四、加热加湿过程四、加热加湿过程dh12d1h1d2h2d2-d1h水水t1t2qh2h1设设t不变不变 12设设 不变不变 133h3第67页，本讲稿共69页五、绝热混合过程五、绝热混合过程空调工程常用方法空调工程常用方法d1d2ma2ma1ma3d3第68页，本讲稿共69页五、绝热混合过程五、绝热混合过程dh12h3h23h1d1d2ma2ma1ma3d3ma1ma2第69页，本讲稿共69页