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)部無化學反應，成分不變；

2.各組元氣體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.各組元氣體彼此獨立，互不影響。

相對成分=

分量

總量相對成分

混合氣體質(zhì)量kg

摩爾數(shù)kmol

容積m3項目

第i種組成氣體絕對成分一、混合氣體成分體積分數(shù)：質(zhì)量分數(shù)：摩爾分數(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自占據(jù)體積V時，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.分析濕空氣時假定：把氣相混合物看作是理想氣體混合物；當蒸汽凝結成液相或固相時，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致較大的誤差。4.下標約定：

a－干空氣

v－水蒸汽

s－飽和水蒸汽－無下標為濕空氣參數(shù)注意:其他教材有時上下標“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.絕對濕度和相對濕度絕對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：水蒸汽達到飽和時，濕空氣具有該溫度下最大絕對濕度，這時的空氣稱為飽和空氣。濕空氣未達到飽和時，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)，這時濕空氣為未飽和空氣。相對濕度

濕空氣的絕對濕度與同溫度下飽和空氣的絕對濕度的比值為相對濕度

=

0～100%，飽和空氣的相對濕度為100%；相對濕度愈小，表示空氣中水蒸汽距離飽和狀態(tài)愈遠，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應著一定的含濕量。在總壓力P不變的情況下，相對濕度愈高，含濕量也愈高。

已知圖中1、2、3各點在同一等壓線上，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于單位質(zhì)量的干空氣而言：經(jīng)驗公式：從未飽和到飽和的途徑Tspvps1、

T

加水蒸氣pvab3、

pv

不變，Tabaddc2、

pv

，Tac4、

vaee結露Td露點溫度二濕空氣的露點和濕球溫度1、露點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所對應的那個溫度（水蒸汽分壓力所對應的飽和溫度)稱為露點溫度td

或簡稱露點。或開始結露的溫度稱為露點溫度。氣流吹過——濕份氣化——表面降溫——熱量傳遞干球溫度計濕球溫度計大氣2干濕球溫度計示意圖用濕紗布包扎普通溫度計的感溫部分，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到等焓。示數(shù)達到穩(wěn)定后，此時溫度計顯示的讀數(shù)近似認為濕球溫度。一支用于測定氣溫，稱干球溫度計；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。由于包住濕球溫度計的紗布吸水后蒸發(fā)吸熱，所以示數(shù)比干球溫度計的示數(shù)小。濕球的紗布常常要換新的。當空氣干燥時，濕球溫度計的紗布蒸發(fā)快，吸熱多，兩個溫度計的示數(shù)差就比較大。兩個溫度計的示數(shù)差越大，說明空氣越干燥。當空氣中水蒸氣很多時，濕球溫度計的紗布蒸發(fā)慢，吸熱少，兩溫度計的示數(shù)差就小。兩個溫度計的示數(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，空氣中水蒸汽達到飽和時的空氣溫度，在空氣焓濕圖上是由空氣狀態(tài)點沿等焓線下降至100%相對濕度線上，對應點的干球溫度。

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。

因為某一狀態(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到飽和狀態(tài)后，水分的氣化接近停滯，此時濕球溫度計的溫度就穩(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,空氣中水蒸汽達到飽和時的空氣溫度。

干球溫度t、濕球溫度tw

、露點溫度td之間的關系未飽和濕空氣飽和濕空氣三、濕空氣的濕度圖

為適應工程需要，已有計算濕空氣參數(shù)及過程的計算機程序，本課程也提供了應用程序。有時為方便工程計算，常把濕空氣狀態(tài)參數(shù)之間關系制成圖線。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，故定溫度線就是一組垂直于橫坐標的平行線，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，故定比濕度線就是一組平行于橫坐標的水平線，水平線的位置越高，ω值越大；(3)定相對濕度線(＝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應，，故相對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ω不變時，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的直線群。露點td是濕空氣冷卻到＝100%時的溫度。因此含濕量ω相同，狀態(tài)不同的濕空氣具有相同的露點。2、定焓線（等h線）等h線是一組與橫坐標軸成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t=定值時，H和d成直線變化關系。t不同時斜率不同。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，曲線以下無實際意義。5、水蒸汽分壓力線當d<<0.622時，則pw與d近似成直線關系。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)直線相對于d坐標軸線的傾斜角度,角系數(shù)用途:已知1點和2點的任一參數(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以下，就會使接近地面的濕空氣達到飽和狀態(tài)，也就是說該濕空氣中水蒸汽含量達到極限。當超過這個極限，處于飽和濕空氣狀態(tài)的大氣就會以煙塵為核心，凝結出細小的水滴，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）空氣必須冷至露點以下；３）必須是無風或風力極微弱的情況下；４）有凝結核；當然，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，使大氣達到飽和濕空氣狀態(tài)，甚至過飽和狀態(tài)。進而處于過飽和狀態(tài)的濕空氣就會以大氣中的煙塵為核心，形成霧。結露：濕空氣在較冷的物體表面上凝結成的水滴，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，達到飽和狀態(tài)而成結晶水，附于其上便為露，它是屬于液化的現(xiàn)象。結露的條件：１）有成露界面；２）界面溫度下降，使得與其接觸的濕空氣達到飽和（濕空氣中水蒸氣的分壓力不變）；３）進一步冷卻，溫度低于濕