工程熱力學(xué)課件12理想氣體的混合物和濕空氣

第十二章理想氣體的混合物和濕空氣第一節(jié)理想氣體的混合物第二節(jié)濕空氣第三節(jié)濕空氣的h-d

圖第四節(jié)濕空氣的典型過(guò)程問(wèn)題的提出以往的討論有局限性：例如柴油機(jī)中的燃?xì)庵饕煞郑篛2、N2、CO2

;

次要成分:SO2、H2O、CO等。多種成分的混合物如何處理？

第一節(jié)理想氣體混合物

本章討論的工質(zhì)屬于多元單相系。如果我們所研究的系統(tǒng)中：①有多種不同化學(xué)成分的氣體；②氣體間無(wú)化學(xué)反應(yīng)：③且各組元?dú)怏w及氣體的整體都可看為理想氣體。這種氣體，我們稱為理想氣體混合物。例如，煙氣、燃?xì)?、空氣等。－－無(wú)化學(xué)反應(yīng)的理想氣體的混合物。

混合物由于由不同的化學(xué)成分的物質(zhì)組成，那么，混合物的性質(zhì)就與各種混合物的性質(zhì)以及各組元在整個(gè)混合物中所占的份額有關(guān)。一、分壓力和分體積

混合氣體第i種組元單獨(dú)占有與混合物相同容積，并與混合物溫度相同時(shí)，所呈現(xiàn)出的壓力叫該組元的分壓力Pi。

混和物中某種組元處于混合物相同的溫度和壓力下所單獨(dú)占有的容積,叫該組元的分體積Vi。

注意:都是i氣體，所以Rg,i相同；T均是混合氣體的T.T、VPiT、P

Vi道爾頓分壓定律

∵

注意:都是i氣體，所以Rg,i相同；T均是混合氣體的T.1、質(zhì)量分?jǐn)?shù)二、理想混合氣體的分?jǐn)?shù)

已知理想混合氣體由n種理想氣體組成，其中任一種組成氣體的質(zhì)量為mi

，分體積為Vi，千摩爾數(shù)為ni(i=1,2,…,n)，則理想混合氣體的分?jǐn)?shù)分別為混合氣體總質(zhì)量第i種組成氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2、體積分?jǐn)?shù)第i種組成氣體的體積分?jǐn)?shù)

由由狀態(tài)方程有3、摩爾分?jǐn)?shù)混合氣體總摩爾數(shù)

第i種組成氣體的摩爾分?jǐn)?shù)三、理想混合氣體的千摩爾質(zhì)量和氣體常數(shù)

四、理想混合氣體的比熱容、熱力學(xué)能、焓和熵1、質(zhì)量比熱容

混合物的性質(zhì)與各種混合物的性質(zhì)以及各組元在整個(gè)混合物中所占的份額有關(guān)。2、熱力學(xué)能、焓和熵理想混合氣體的熱力學(xué)能

理想混合氣體的焓和比焓

理想混合氣體的熵和比熵*熵不僅與溫度有關(guān)，而且還與壓力有關(guān)。因?yàn)闇囟葹門的組成氣體單獨(dú)存在于體積V中，其分壓力為Pi，所以計(jì)算組成氣體比熵的變化量時(shí)應(yīng)采用其分壓力Pi

，而不是理想混合氣體的壓力P，即例:

某輪煙囪每秒排出絕對(duì)壓力為0.11Mpa、溫度為300℃的煙氣60m3，由煙氣分析器測(cè)得煙氣的摩爾分?jǐn)?shù)如下所示，試求每秒排出煙氣的質(zhì)量以及各組成氣體的質(zhì)量。解：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，先求出煙氣的總摩爾數(shù)作業(yè)

第4版：P397

習(xí)題：2第二節(jié)濕空氣一、干空氣和濕空氣

含水蒸汽的空氣稱為濕空氣。完全不含有水蒸汽的空氣稱為干空氣。

濕空氣是干空氣與水蒸汽的混合物。干空氣可視為理想氣體,而存在于大氣中的水蒸汽,由于其壓力通常是很小的，所以它的比體積很大，分子間距離足夠遠(yuǎn)，也可以作為理想氣體處理。所以，濕空氣這種干空氣和水蒸汽的混合物是一種特殊的理想氣體混合物；其中水蒸汽的含量會(huì)由于蒸發(fā)和凝結(jié)而有所改變，這是與不凝結(jié)性氣體組成的混合氣體的不同之處。特殊處：1、其中的水蒸氣可當(dāng)作理想氣體；2、水蒸氣的含量可能發(fā)生變化。根據(jù)道爾頓分壓定律，濕空氣壓力(大氣壓力)

Pa為干空氣分壓力；

Pv為水蒸汽分壓力。二、濕空氣的分類未飽和空氣飽和空氣干空氣+過(guò)熱蒸汽干空氣+飽和水蒸汽pvTsPvPv

PsPstTabbbaa濕空氣中的水蒸氣只可能有兩種狀態(tài)——過(guò)熱、干飽和蒸汽。

在T-S圖上，使未飽和空氣中的水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)可用以下兩種方法：一種為定溫加濕，即在一定溫度下，增加空氣中的水蒸氣，濕空氣中水蒸氣的分壓力提高，水蒸氣狀態(tài)沿等溫線A－S向左，直到S點(diǎn)，濕空氣達(dá)到飽和狀態(tài)。（再也加不進(jìn)去了，

ps是pv的最大值。）

第二種為定壓降溫。即濕空氣中水蒸氣的分壓力不變，而降低濕空氣溫度，水蒸氣狀態(tài)沿pv

等壓線A－B左下行，直到B點(diǎn)，濕空氣達(dá)到飽和狀態(tài)。B點(diǎn)稱為露點(diǎn)，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度，即pv對(duì)應(yīng)的飽和溫度Td

，稱為露點(diǎn)溫度。濕度大，日夜溫差大的夏天清晨結(jié)露水，就是如此，露點(diǎn)由此而得名。

AB露點(diǎn)是濕空氣的一個(gè)重要狀態(tài)參數(shù)。在空氣調(diào)節(jié)中,為了減少濕空氣中水蒸汽的含量,可設(shè)法使?jié)窨諝饫鋮s到溫度低于露點(diǎn),水蒸汽便以水滴形式析出。露點(diǎn)對(duì)柴油機(jī)的低溫腐蝕以及鍋爐的運(yùn)行管理有較大的影響。鍋爐尾部的受熱面以及空氣預(yù)熱器的堵灰和腐蝕,就是由于受熱面的金屬溫度低于煙氣中水蒸汽和二氧化硫氣體的露點(diǎn)之故。一旦出現(xiàn)結(jié)露,如果水蒸汽和二氧化硫氣體凝結(jié),在受熱面上將形成硫酸、就會(huì)造成嚴(yán)重腐蝕。防止堵灰和腐蝕的主要原則是設(shè)法避免煙氣中的水蒸汽結(jié)露。三、濕空氣的濕度1.含濕量ｄ

1kg干空氣所帶有的水蒸氣的質(zhì)量。稱為濕空氣的“含濕量”,用ｄ表示,其單位為

g水蒸汽／kg干空氣。

含濕量不是以1kg濕空氣為計(jì)算的基準(zhǔn),而是以1kg干空氣作為計(jì)算的基準(zhǔn)的。

含濕量ｄ理解為與1kg干空氣相混合的水蒸汽質(zhì)量。即在（1+0.001d）kg濕空氣中含有ｄ克水蒸汽。由于濕空氣可視為理想氣體,對(duì)水蒸汽和干空氣分別有

由上式可見,當(dāng)pb一定時(shí),濕空氣的含濕量ｄ與水蒸汽分壓力pv之間有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,因此,當(dāng)pb一定時(shí),對(duì)濕空氣加熱或冷卻,如ｄ保持不變,則pv不變。2、相對(duì)濕度

濕空氣中水蒸汽分壓力與濕空氣溫度ｔ下水蒸汽飽和壓力之比,稱為“相對(duì)濕度”,用

表示,即

當(dāng)＝1，pv＝ps

,這時(shí)濕空氣中水蒸汽為飽和蒸汽,即＝1的濕空氣為飽和空氣；當(dāng)＜1，

pv

＜ps

,這時(shí)濕空氣中水蒸汽為過(guò)熱蒸汽,即＜1的濕空氣為未飽和空氣；當(dāng)＝0，

pv

＝0,這是不含有水蒸汽的情況,因此可將干空氣視為＝0的“濕”空氣。

可見,不論濕空氣溫度如何,相對(duì)濕度

表述了濕空氣接近飽和空氣的程度。通常所謂空氣的干濕程度,是指水在其中的蒸發(fā)速率而言；相對(duì)濕度與蒸發(fā)速率直接有關(guān):

值愈大,蒸發(fā)速率愈小。3.含濕量與相對(duì)濕度之間的關(guān)系四、濕空氣的焓

1kg干空氣的比焓,與0.001ｄkg水蒸汽焓的和,稱為“濕空氣的比焓”,用符號(hào)ｈ表示。

0℃時(shí)干空氣的焓為零，溫度t時(shí)干空氣的焓為0℃時(shí)水蒸氣的焓為以1kg干空氣為基準(zhǔn)的濕空氣的比焓為溫度t時(shí)水蒸氣的焓為第三節(jié)濕空氣的ｈ-ｄ圖1.定焓線2.定含濕量線3.定溫線4.定相對(duì)濕度線5.水蒸汽的飽和分壓力與含濕量ｄ的關(guān)系曲線

=100%在最下方第四節(jié)濕空氣的典型過(guò)程混合過(guò)程加熱過(guò)程冷卻過(guò)程加濕過(guò)程1.混合過(guò)程即斜率相等，點(diǎn)3位于1、2兩點(diǎn)連線上d2d3d1mad是makg干空氣所帶有的水蒸氣的質(zhì)量hd

=100%1232、濕空氣的加熱過(guò)程

濕空氣經(jīng)過(guò)加熱器被定壓加熱時(shí),由于其中的水蒸汽質(zhì)量未變,所以這一過(guò)程稱為定含濕量過(guò)程，而且濕空氣中水蒸汽的分壓力和露點(diǎn)都不變。３、濕空氣的冷卻過(guò)程分兩種情況：若冷卻器壁面溫度高于該濕空氣的露點(diǎn)溫度，12。若冷卻器壁面溫度低于該濕空氣的露點(diǎn)溫度，12’34。４.加濕過(guò)程分兩種情況：１.噴水加濕過(guò)程工程上可近似地把噴水加濕過(guò)程按定焓過(guò)程處理，12。２.噴蒸汽加濕過(guò)程工程上可近似把噴蒸汽加濕過(guò)程按定溫過(guò)程處理，1

3。干球溫度、濕球溫度

在濕空氣過(guò)程的分析和計(jì)算中，通常需要確定濕空氣的含濕量或相對(duì)濕度。應(yīng)用干－濕球溫度計(jì)是測(cè)定空氣相對(duì)濕度或含濕量的較簡(jiǎn)便的方法。圖中，干球溫度計(jì)是一支普通的溫度計(jì)，而濕球溫度計(jì)頭部被尾端侵入水平的吸液芯包