12理想气体混合物及湿空气.ppt

第十二章第十二章 理想气体混合物及理想气体混合物及湿空气湿空气主要内容及要求主要内容及要求•讨论理想气体混合物的分压力、分体积，混合气讨论理想气体混合物的分压力、分体积，混合气体的成分表示法，混合物的折合气体常数、比热体的成分表示法，混合物的折合气体常数、比热容以及热力学能、焓和熵变等的计算容以及热力学能、焓和熵变等的计算–要求掌握混合气体的参数特点及混合气体问题的分析要求掌握混合气体的参数特点及混合气体问题的分析方法•讨论湿空气的基本概念，湿空气相对湿度、含湿讨论湿空气的基本概念，湿空气相对湿度、含湿量及湿空气焓等基本状态参数，介绍湿空气焓量及湿空气焓等基本状态参数，介绍湿空气焓―湿图（湿图（h－－d图）的构成及使用方法图）的构成及使用方法–要求熟练掌握湿空气的参数确定及湿空气过程的分析要求熟练掌握湿空气的参数确定及湿空气过程的分析方法方法 12-1 理想气体混合物理想气体混合物一、处理气体混合物的基本原则一、处理气体混合物的基本原则 ▲▲混合气体混合物的组分都处理想气体状态，则混合气混合气体混合物的组分都处理想气体状态，则混合气体也处理想气体状态；体也处理想气体状态； ▲ ▲混合气体可作为某种假想气体，其质量和分子数与组混合气体可作为某种假想气体，其质量和分子数与组分气体质量之和及分子数之和相同。

分气体质量之和及分子数之和相同理想气体混合物可作为理想气体混合物可作为Rg混混和和M混混的的“某种某种”理想气体理想气体平均气体常数，平均气体常数，折合气体常数折合气体常数平均摩尔质量，平均摩尔质量，折合摩尔质量折合摩尔质量 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气体由1, 2 , 3,…, i,… k种气体组成种气体组成各组元质量各组元质量成分之和为成分之和为1摩尔成分摩尔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：各组元摩尔成分各组元摩尔成分之和为之和为1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，，摩尔数为摩尔数为n，，则混则混合气体质量合气体质量 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M与与xi的换算的换算已知已知 xi二、混合气体的分压力定律和分容积定律二、混合气体的分压力定律和分容积定律1. 分压力定律分压力定律(Dalton law of partial pressure) 分压力分压力——组分气体处在与混合气体相同容积、相同组分气体处在与混合气体相同容积、相同温度单独对壁面的作用力。

温度单独对壁面的作用力 分压力定律分压力定律分压力定律分压力定律p T Vp T Vp T Vp T V分压力分压力pi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存在时的作用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 种组元气体的实际存在状态种组元气体的实际存在状态 2. 分容积定律分容积定律(law of partial volume) 分容积分容积——组分气体处在与混合气体同温同压单独组分气体处在与混合气体同温同压单独 占有的体积占有的体积分容积定律分容积定律三、混合气体成分总结三、混合气体成分总结2.体积分数体积分数(volume fraction of a mixture)3.摩尔分数摩尔分数(mole fraction of a mixture)1.质量分数质量分数(mass fraction of a mixture)4.4.各成分之间的关系各成分之间的关系即体积分数与摩尔分数相同，故混合气体成分的三种表示法实际上即体积分数与摩尔分数相同，故混合气体成分的三种表示法实际上只有质量分数和摩尔分数两种。

只有质量分数和摩尔分数两种5. 5. 分压力和总压力分压力和总压力利用混合物成分求利用混合物成分求M混混和和Rg混混1)已知质量分数已知质量分数三、混合气体的平均摩尔质量和平均气体常数三、混合气体的平均摩尔质量和平均气体常数2)已知摩尔分数已知摩尔分数 例例3-2 已知二元理想混合气体在温度已知二元理想混合气体在温度T ，压力，压力p 时的密度时的密度ρ，试确定该混合气体的质量分数，试确定该混合气体的质量分数wi解：例例3-3 由由A、、B两种气体组成的混合气体，若质量分数两种气体组成的混合气体，若质量分数wA>wB, 是否一定有摩尔分数是否一定有摩尔分数xA>xB,为什么？试以为什么？试以H2和和CO2混合物，混合物， 说明之解：12-2 理想气体混合物的比热容、理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵热力学能、焓和熵一、理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵一、理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵1.比热容比热容2.热力学能热力学能3.焓焓4.熵熵1 kg 如某种混合气体由如某种混合气体由A,B两种气体组成两种气体组成,混合气体压力混合气体压力 p,分分压力为压力为 pA、、pB 温度为温度为 T ,则则分压力分压力1 kg定比热容定比热容1 mol定比热容定比热容二、混合气体二、混合气体( (无化学反应无化学反应) )过程熵变过程熵变§12-3　湿空气　湿空气 地球上的地球上的大气大气由由氮、氧、氩、二氧化碳、水蒸气及极微量氮、氧、氩、二氧化碳、水蒸气及极微量的其他气体的其他气体组成。

组成水蒸气水蒸气以外的所有组成气体称为以外的所有组成气体称为干空气干空气，看，看作是不变的整体因此，作是不变的整体因此，大气是干空气与水蒸气组成的混合气大气是干空气与水蒸气组成的混合气体体 干空气随时间、地理位置、海拔、环境污染等因素而产生干空气随时间、地理位置、海拔、环境污染等因素而产生微小的变化，为便于计算，将干空气标准化（不考虑微量的其微小的变化，为便于计算，将干空气标准化（不考虑微量的其它气体）它气体）成分成分相对分子质量相对分子质量摩尔成分摩尔成分O232.0000.209 5N228.0160.780 9Ar39.9440.009 3CO244.010.000 3一　干空气和湿空气一　干空气和湿空气•湿湿空气空气　湿空　湿空气是气是干空气干空气与水蒸气的混合物与水蒸气的混合物 完全不含水蒸气的空气则称为完全不含水蒸气的空气则称为干空气干空气•涉及湿空气的常见的工业过程涉及湿空气的常见的工业过程　空气温度与湿度调节过程、物体的干　空气温度与湿度调节过程、物体的干燥过程、冷却水塔中的水冷却过程等燥过程、冷却水塔中的水冷却过程等一、湿空气和干空气一、湿空气和干空气•分析湿空气时假定：分析湿空气时假定：分析湿空气时假定：分析湿空气时假定：Ø把湿空气看作是理想气体混合物；把湿空气看作是理想气体混合物；Ø湿空气中水蒸气凝结成液相水或固相冰时，不含有空气；湿空气中水蒸气凝结成液相水或固相冰时，不含有空气；Ø空气的存在不影响水蒸气与凝聚相的相平衡，相平衡温度空气的存在不影响水蒸气与凝聚相的相平衡，相平衡温度为水蒸气分压力所对应的饱和温度。

为水蒸气分压力所对应的饱和温度ÿ以上假定在高压下可能导致较大的误差以上假定在高压下可能导致较大的误差l湿空气中水蒸气分压力很低，一般处于过热状态因此，湿空气中水湿空气中水蒸气分压力很低，一般处于过热状态因此，湿空气中水蒸气也可作为理想气体计算，故而湿空气是理想气体混合物，理想气蒸气也可作为理想气体计算，故而湿空气是理想气体混合物，理想气体遵循的规律有理想气体混合物的计算公式都可以应用体遵循的规律有理想气体混合物的计算公式都可以应用•下标约定：下标约定：下标约定：下标约定：a－－干空气　　　　干空气　　　　v－－水蒸气水蒸气　　　　　　　　　　　　　　s－－饱和水蒸气　　饱和水蒸气　　 －－无下标为湿空气参数无下标为湿空气参数二　未饱和湿空气和饱和湿空气二　未饱和湿空气和饱和湿空气湿空气湿空气=干空气干空气+水蒸气水蒸气湿空气是湿空气是理想气体混合物理想气体混合物空气饱和与否取决于空气饱和与否取决于t，，pv空气中的水蒸气空气中的水蒸气过热过热空气未饱和空气未饱和饱和饱和空气饱和空气饱和如如当当空气未饱和空气未饱和空气饱和空气饱和空气达成饱和的途径空气达成饱和的途径 t 不变不变，，pv 上升，上升，pv = ps(t)Pv 不变不变，，t 下降，下降，t = ts (pv)三　露点三　露点（（dew point）） 湿空气中水蒸气压力湿空气中水蒸气压力pv所对应所对应 的饱和温度，的饱和温度，td=ts(pv) 。

l露点是在一定的露点是在一定的pv下，未饱和湿空气冷却达到饱下，未饱和湿空气冷却达到饱和湿空气，即将结出露珠时的温度和湿空气，即将结出露珠时的温度l露点可用湿度计或露点仪测量，测得露点可用湿度计或露点仪测量，测得td相当于测相当于测定了定了pv12-4 湿空气的状态参数湿空气的状态参数一　湿空气的相对湿度一　湿空气的相对湿度绝对湿度：绝对湿度：　　 单位容积的湿空气中包含的水蒸气质量单位容积的湿空气中包含的水蒸气质量kg/m3 ，也就是湿，也就是湿空气中水蒸气的密度空气中水蒸气的密度在一定温度下：在一定温度下：Ø　湿空气中水蒸气的分压力愈大，其绝对湿度愈大；　湿空气中水蒸气的分压力愈大，其绝对湿度愈大；Ø　水蒸气的分压力不可能超过该温度下水蒸气的饱和压力　水蒸气的分压力不可能超过该温度下水蒸气的饱和压力l 对于饱和空气，因水蒸气处于饱和状态，对于饱和空气，因水蒸气处于饱和状态，故其绝对湿度即为干饱和蒸汽的密度故其绝对湿度即为干饱和蒸汽的密度l但是，但是，ρv 数值不能直接反映湿空气吸湿能力的大小，如数值不能直接反映湿空气吸湿能力的大小，如 pv = 0 .656 6 kPa，，1℃时时 pv = ps，，无吸湿能力；无吸湿能力；10℃时时pv < ps，，有吸湿能力。

有吸湿能力l所以，所以，绝对湿度不能完全说明空气的吸湿能力，为此，引入绝对湿度不能完全说明空气的吸湿能力，为此，引入相对湿度的概念相对湿度的概念l相对湿度：相对湿度：湿空气中水蒸气分压力湿空气中水蒸气分压力pv，与同一温度同样总，与同一温度同样总压力的饱和湿空气中水蒸气分压力压力的饱和湿空气中水蒸气分压力ps(t)的比值，称为相对湿的比值，称为相对湿度，以度，以φ表示 =0 干空气干空气0 < < 1 未未饱和空气饱和空气 =1 饱和空气饱和空气吸湿吸湿能力能力下降下降注：注：当当t > ts（（p），），如在如在1atm时，时，t > 100 ℃时，时， 由于水蒸汽的最大压力（饱和压力）由于水蒸汽的最大压力（饱和压力）ps > p，，故故此时此时相对湿度相对湿度Ø  = 0~100%，，饱和空气的相对湿度为饱和空气的相对湿度为100%；；Ø相对湿度相对湿度 愈小，表示空气中水蒸气距离饱和状态愈远，空气愈小，表示空气中水蒸气距离饱和状态愈远，空气吸收水分的能力愈大，即愈干燥；反之空气愈潮湿吸收水分的能力愈大，即愈干燥；反之空气愈潮湿。

二　湿空气的含湿量二　湿空气的含湿量dkg（（水蒸气）水蒸气）/kg（（干空气干空气）Ø 在在总总压力压力p不变的情况下，一定的蒸汽分压力对应着一定的不变的情况下，一定的蒸汽分压力对应着一定的含湿量Ø在总压力在总压力p不变的情况下，相对湿度愈高，含湿量也愈高不变的情况下，相对湿度愈高，含湿量也愈高l定义定义1kg干空气所带有的水蒸气质量为含湿量（又称比干空气所带有的水蒸气质量为含湿量（又称比湿度），以湿度），以d表示三　湿空气的焓三　湿空气的焓l考虑到湿空气中水蒸气的质量经常变化，而干空气的质量是考虑到湿空气中水蒸气的质量经常变化，而干空气的质量是稳定的，所以湿空气的比焓是相对于单位质量的干空气而言：稳定的，所以湿空气的比焓是相对于单位质量的干空气而言：l湿空气的比焓是指含有湿空气的比焓是指含有1 kg干空气的湿空气的焓值，它等于干空气的湿空气的焓值，它等于1 kg干空气的焓和干空气的焓和d kg水蒸气的焓之总和以水蒸气的焓之总和以h表示表示经验公式：经验公式：四四 湿空气的比体积湿空气的比体积 1 kg干空气与干空气与d kg的水蒸气组成的湿空气，其比体积的水蒸气组成的湿空气，其比体积：：其中：其中：12-5　湿球温度和绝热饱和温度　湿球温度和绝热饱和温度§12-6　湿空气的焓湿图　湿空气的焓湿图一、湿空气的一、湿空气的 h-d 图图h-d 图由下列五种线群组成图由下列五种线群组成：1、等湿线等湿线（等（等 d 线）线）Ø　等　等d线是一组平行于纵坐标的直线群。

线是一组平行于纵坐标的直线群Ø　露点　露点td是湿空气冷却到是湿空气冷却到 ＝＝100%时的温度因此含湿量时的温度因此含湿量 d 相同，状态不同的湿空气具有相同的露点相同，状态不同的湿空气具有相同的露点2、、等焓线等焓线（等（等 h 线）线）Ø　等　等 h 线是一组与横坐标轴成线是一组与横坐标轴成135°的直线群的直线群Ø　等　等 h 线亦可近似看成定湿球温度线（线亦可近似看成定湿球温度线（tw））一、湿空气的一、湿空气的 h-d 图图3、、等温线等温线（等（等 t 线）线）可见在可见在 h-d 图上，定图上，定t线的斜率为正，且随线的斜率为正，且随t增大斜率增大增大斜率增大4、、等相对湿度线等相对湿度线（等（等   ））Ø　定　定   线是一组向上凸的曲线群线是一组向上凸的曲线群Ø　　 ＝＝100%饱和空气曲线把饱和空气曲线把h-d 图分成两部分，曲线以上图分成两部分，曲线以上为未饱和湿空气，曲线以下无实际意义为未饱和湿空气，曲线以下无实际意义一、湿空气的一、湿空气的 h-d 图图5、、水蒸气分压力线水蒸气分压力线二、二、 h-d 图的应用图的应用Ø 根据湿空气的两个独立参数，可在图上确定湿空根据湿空气的两个独立参数，可在图上确定湿空气其它参数：气其它参数：12345§12-7　湿空气过程及其应用　湿空气过程及其应用一、一、 加热（或冷却）过程加热（或冷却）过程加热加热：1－2冷却冷却：1－2`（t>td）二、绝热加湿过程二、绝热加湿过程Ø 喷水加喷水加湿湿1－2Ø 喷蒸汽加喷蒸汽加湿湿1－2`三、冷却去湿过程三、冷却去湿过程三、冷却去湿过程三、冷却去湿过程　　湿空气被冷却到露点温度，空气湿空气被冷却到露点温度，空气为饱和状态，继续冷却时将有水蒸气为饱和状态，继续冷却时将有水蒸气凝结析出，达到除湿的目的，如图凝结析出，达到除湿的目的，如图1－－A－－2四、绝热混合过程四、绝热混合过程五、五、 烘干过程烘干过程六、六、 冷却塔冷却塔。