混合氣體與濕空氣

1、混合氣體與濕空氣第1頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四學(xué)習(xí)導(dǎo)引 本章實(shí)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(guān)概念和術(shù)語(yǔ)，同時(shí)介紹了相應(yīng)的求解方法，其中濕空氣的焓濕圖是以后學(xué)習(xí)和工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。第2頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四學(xué)習(xí)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(jì)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(jì)算方法。 5.熟悉濕空氣焓濕圖的結(jié)構(gòu)，能熟練應(yīng)用焓濕圖查取濕空

2、氣參數(shù)。第3頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四本章難點(diǎn) 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(guò)程中的作用和計(jì)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(yīng)用焓濕圖查取濕空氣參數(shù)有一定難度，應(yīng)結(jié)合例題與習(xí)題加強(qiáng)練習(xí)。第4頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四第一節(jié) 混合氣體的性質(zhì) 指由兩種或兩種以上不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體組成的混合物。 什么是混合氣體?如:煙氣、空氣 當(dāng)混合氣體中的每一種組成氣體都是理想氣體時(shí)，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5頁(yè)，共37頁(yè)

3、，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四一、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(dú)占有整個(gè)體積V時(shí)，所產(chǎn)生的壓力稱為該組成氣體的分壓力，用符號(hào)pi表示。第6頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四 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7頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四2. 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(shí)，單獨(dú)占據(jù)的體積，稱為該組成氣體的分體積，用符號(hào)Vi表示。 亞美格分體積定律：混合氣體的總體積

4、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8頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四二、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(xué)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?jǐn)?shù)三種常用成分:體積分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù) 第9頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四混合氣體的成分1. 質(zhì)量分?jǐn)?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?jǐn)?shù)，用符號(hào)gi表示，即 第10頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四混合氣體

5、的成分2. 體積分?jǐn)?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?jǐn)?shù)，用符號(hào)ri表示，即 第11頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四混合氣體的成分3. 摩爾分?jǐn)?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?jǐn)?shù)，用符號(hào)xi表示，即 第12頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四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13頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四三、混合氣體的折合摩爾質(zhì)量和

6、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14頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四四、分壓力的確定 說(shuō)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?jǐn)?shù)的乘積。 第15頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四五、混合氣體的比熱容 混合氣體溫度升高（或降低）時(shí)，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(shí)所吸收（或放出）的熱量之和。 設(shè)組成氣體有: c1、c2、c3、cn， g1、g2、g3、gn 則混合氣體有:第16頁(yè)，共37頁(yè)

7、，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四 例6-1 某煙氣按體積成分分析如下：二氧化碳10，氧氣5，氮?dú)?5，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17頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四第二節(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(jié)露

8、第18頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四一、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(biāo)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(dāng)?shù)卮髿鈮?道爾頓定律 第19頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四2. 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(guò)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(diǎn)定溫

9、(t )吸濕A-B, Pv增大至Ps 如圖中B點(diǎn)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(dá)到極限; 升溫可繼續(xù)吸濕。 如大氣第20頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四二、濕空氣的濕度 濕度: 濕空氣中水蒸氣的含量。 含濕量 相對(duì)濕度 絕對(duì)濕度 三種濕度 第21頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四 Rg,v 水蒸氣的氣體常數(shù)，Rg,v461.5J（kgK）。 1. 絕對(duì)濕度 1m3濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，稱為絕對(duì)濕度。即濕空氣中水蒸氣的密度：濕空氣的濕度 絕對(duì)濕度只能說(shuō)明濕空氣中實(shí)際所含水蒸氣的多 少，而不能說(shuō)明濕空氣的干、濕程度或吸濕能

10、力 的大小。 第22頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四飽和濕空氣干空氣未飽和濕空氣2. 相對(duì)濕度 濕空氣的絕對(duì)濕度與同溫度下飽和濕空氣的絕對(duì)濕度之比稱為相對(duì)濕度。 值越小，空氣越干燥，吸濕能力越強(qiáng)；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(duì)濕度也就越大，濕空氣越接近飽濕空氣 濕空氣的濕度第23頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四3. 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(duì)大氣，濕空氣的濕度第24頁(yè)，共37

11、頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四三、濕空氣的溫度 1. 干球溫度t2. 濕球溫度tw 測(cè)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(dāng)空氣 的溫度一定時(shí)，濕度越大，測(cè)得的濕球溫度越接近空 氣的干球溫度，當(dāng)空氣中的水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)， 測(cè)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(cè)量濕空氣的真實(shí)溫度。 第25頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四 對(duì)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(shí)，則水溫繼續(xù)下降，直到紗布

12、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(shí)，紗布中的水溫則不再下降，達(dá)到平衡，這個(gè)穩(wěn)定的溫度就稱為濕球溫度。整個(gè)蒸發(fā)和傳熱過(guò)程可以近似看作是定焓過(guò)程。 濕球溫度的測(cè)量原理:濕空氣的溫度第26頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四飽和濕空氣 未飽和濕空氣 濕空氣中水蒸氣分壓力pv所對(duì)應(yīng)的飽和溫度稱為露點(diǎn)溫度td ，簡(jiǎn)稱為露點(diǎn)。即開始結(jié)露時(shí)的溫度。如圖中A點(diǎn)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, AC, Pv(t)=Ps(t)如圖中C點(diǎn)如大氣濕空氣的溫度3. 露點(diǎn)溫度td在空氣調(diào)節(jié)中，常常利用露點(diǎn)來(lái)控制空氣的干、濕程度。 繼續(xù)降溫,ttd結(jié)露 當(dāng)t

13、td ,濕空氣中的水蒸氣凝結(jié)成水滴并分離出來(lái)結(jié)霜 td0C第27頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四濕空氣的溫度4. t、tw 與td 間的關(guān)系 除干球溫度外，濕球溫度、露點(diǎn)溫度都與濕空氣中的水蒸氣的含量有關(guān)，對(duì)不飽和濕空氣:對(duì)飽和濕空氣:所以 ttwtd ttwtd第28頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四四、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(shí)ha=0，且cp1.005 kJ/（kgK）,則 濕空氣中hv，可用查表法或公式法求取。濕空氣的干

14、球溫度 第29頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四濕空氣的焓1. 查表法已知由未飽和水與過(guò)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30頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四濕空氣的焓2. 公式法取水的三相點(diǎn)為基準(zhǔn) 例6-2 第31頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四第三節(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(jì)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 、t

15、1、 t2 、t3 （4）定相對(duì)濕度線簇 1、 2 、 3 （5）水蒸氣分壓力線pv1. 焓濕圖的構(gòu)成:第32頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四焓濕圖.濕空氣焓濕圖的應(yīng)用 （1）確定狀態(tài)參數(shù) （2）確定露點(diǎn)溫度 pb確定時(shí)，只要已知d、h、t、pv中的任意兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)，就可確定狀態(tài)點(diǎn)，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(diǎn)。 第33頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)7分，星期四焓濕圖（3）確定濕球溫度 （4）表示和計(jì)算濕空氣的狀態(tài)變化過(guò)程 濕空氣的濕球溫度tw也即是定焓冷卻至飽和濕空氣（100）時(shí)的溫度。 不同狀態(tài)的濕空氣,只要其