工程热力学第12章

1？？第12章开篇气体中含有杂质水蒸气，按设计总压0.1MPa时含量在××以下，现场验收总压xMPa,测试数据为┄，气体合格否★神舟×号飞船发射前1天下午来自发射场的电话★冷却塔操作人员的疑惑某次数据记载：冷水温度低于湿空气入口温度第十二章混合气体和湿空气Gasmixturesandmoistair2本章学习目标：1.复述理想气体混合物的分压力定律、分体积定律，确定混合气体的平均摩尔质量和平均气体常数；2.确定混合物的比热容、热力学能、焓和熵等参数；3.对比分析理想气体混合物与湿空气的异同；4.复述湿空气相对湿度及含湿量定义，熟练应用解析法或图表确定湿空气的各参数；5.熟练应用解析法或h-d图进行湿空气常见热力过程计算和分析。312-1理想气体混合物12-2湿空气12-3相对湿度和含湿量12-4湿空气的焓-湿图12-5湿空气的热力过程本章教学内容教学参考资料：工程热力学（第五版）？412–1理想气体混合物一、气体混合物的折合气体常数和摩尔质量▲气体混合物的组分都处于理想气体状态，则混合气体也处于理想气体状态；▲混合气体可作为某种假想气体，其质量和分子数与组分气体质量之和及分子数之和相同。你设想如何确定气体混合物的性质理想气体混合物可作为具有Rg,eq、Meq的“某种”理想气体。求解理想气体混合物关键——Rg,eq、Meq。g,pVmRTeqg,MRReqeq330()22.410m/molMvΣinneqiinMnMeqeq平均气体常数，折合气体常数平均摩尔质量，折合摩尔质量6二、混合气体的分压力定律和分容积定律1.分压力定律(Daltonlawofpartialpressure)分压力——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。pVTnp1VTn1piVTnipmVTnm......nRTpVRTnVpii11pVnRTRTnVpmmnRTnRTpViiipp分压力定律Σ1212pVpVnRTnRT72.分容积定律(lawofpartialvolume)分容积——组分气体处在与混合气体同温同压单独占有的体积。pVTnpV1TpViTpVmT..ni...nRTpViipVnRT11pVnRTmmpVnRTiipVRTnnRTiVV分容积定律Σn1nm.8三、混合气体成分iimwm2.体积分数(volumefractionofamixture)1iiiVV3.摩尔分数(molefractionofamixture)1iiixnnx1.质量分数(massfractionofamixture)iimwm1imm1mm？94.各成分之间的关系)iiaxg,eqg,)iiiiiRMbwxxRMeqiiVViinMvnMveqiimwmiinxng,g,eq//iipVRTpVRTg,eqg,iiRVVReqg,eqg,iiRRg,eqg,iiRxR//iiRMxRMeqiiMxMeq10iipxp6.利用混合物成分求Meq和Rg,eq1)已知质量分数g,eqg,iiRwRiinxneqg,eqRMReq5.分压力和总压力g,eqg,iiiRwxR//ipVRTpVRTipp由g,g,eqiiiwRRxg,eqiRxg,eqR112)已知摩尔分数iiMMxeqiinMnMeqeqg,eqRRMeq例A711143例A411143由质量守恒iinMMneqeqiinMneqiixM12四、理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵1.比热容iicwcmix2.热力学能iUUmix3.焓mixiiiiiHHUpVUVpUpVmixiiCxCmixm,mixm,iiCxCm,mixm,mixpVCCRmixmixmix()iiiiiHmhHhwhmmmmixmixmixmixmix()iiiimuUuwummmix13?思考如某种混合气体由A，B两种气体组成，压力p，温度为T，混合气体比熵mix,,AAABBBswspTwspT分压力mix,,AABBswspTwspT4.熵mixiiiSSms1kgmixiisws比较141kgmixddiisws定比热容,22mix,g,1,1lnlniipiiiipTswcwRTpm,mix,m,dddiipiiipTSxCxRTpdiiws,g,ddiipiiipTwcRTp,g,ddiipiiiipTwcwRTp1mol,22m,mix,m,1,1lnlniipiiipTSxCRxTp定比热容五、混合气体(无化学反应)过程熵变15例A4412551讨论：混合熵变Aeebaeea1612–2湿空气地球上大气由氮、氧、氩、二氧化碳、水蒸气及极微量其它气体组成。水蒸气以外所有组成气体称为干空气，看作不变的整体。因此，大气是干空气与水蒸气组成的混合气体。干空气随时间、地理位置、海拔、环境污染等因素而产生微小变化，为便于计算干空气标准化（不考虑微量其它气体）成分相对分子质量摩尔成分O232.0000.2095N228.0160.7809Ar39.9440.0093CO244.010.0003一、干空气和湿空气17湿空气=干空气(dryair)+水蒸气(watervapor)湿空气是理想气体混合物avppp二、未饱和湿空气(unsaturatedair)和饱和湿空气(saturatedair)svttpgRRM空气中的水蒸气svttp过热空气未饱和饱和空气饱和1.饱和湿空气注：空气中的水蒸气温度和饱和压力关系可查附表14或是和水蒸气的饱和性质表。空气饱和与否取决于t，pv如/C1102030/kPa0.65561.22792.33854.2451stpv1.2279kPap20C10C当vspp空气未饱和vspp空气饱和1℃?vv,max0.6556kPapp空气饱和19...2.空气达成饱和的途径t不变，pv上升，pv=ps(t)pv不变，t下降，t=ts(pv)...203.露点（dewpoint）湿空气中水蒸气压力pv所对应的饱和温度，td=ts(pv)。例A4221442..2112-3相对湿度和含湿量一、绝对湿度(absolutehumidity)每立方米湿空气中水蒸气的质量kg/m3vvp3）ρv数值不能直接反映湿空气吸湿能力的大小，如pv=0.6566kPa，1℃时pv=ps，无吸湿能力10℃时pvps，有吸湿能力。vv,maxppv1）vvvgvvvgv1ppvRTvRTvv1v理想气体2）spvsv,max''s/C1102030/kPa0.65561.22792.33854.2451tp22二、相对湿度（饱和度）（humidity）—湿空气中水蒸气含量与同温度下最大可能含量之比。vsvspp01=0干空气01未饱和空气=1饱和空气吸湿能力下降注：当tts（p），如在1atm时，t100℃时，由于水蒸汽的最大压力（饱和压力）psp，故v,maxsppp1.vsppvvvgv1pvRTsssgs1pvRT2.此时vvv,maxpppp23三、含湿量d(humidity;humidityratio)——1kg干空气中所含水蒸气的质量vamdma）当p一定时，vdptv0.622ppspdssppp622.0vv0.622pppvaVdVvavg,vag,apRTpRTva0.622ppkg水蒸气/kg干空气b)一定，p、升温吸湿原理kg/kgDA讨论：例A92213324四、干球温度t(dry-bulbtemperature)，湿球温度tw(wet-bulbtemperature)和绝热饱和温度tad(adiabatic-saturationtemperature)1.干、湿球温度计(wet-and-dry-bulbthermometer;psychrometer)★原理25wdttt★干球温度、湿球温度和露点的关系有效汽膜层内——饱和vv,()sppp，汽膜主流饱和温度wt饱和温度dtvvvav0.6220.6220.622pppdppppdd汽膜主流262812-4湿空气的焓-湿图(psychrometricchart)一、湿空气的焓aavvavaamhmhHhhdhmmkJ/kgDACkg/kgDAC1.00525011.86htdtv25011.8903ht东南大学清华大学北京林业大学哈尔滨工业大学v25011.842htv25011.964ht2v2a25011.8500.000211.0020.00005htthttkJ/kg干空气kJ/kgDA例A42217730按1kg干空气加dkg水蒸气的理想气体混合物计算注：湿空气中水蒸气的参数可以通过查水和水蒸气的热力性质表确定，也可以按理想气体性质计算。三、湿空气焓湿（h-d）图tdth86.12501005.1注意：h-d图随pb改变而改变1.制图依据sspppd622.0二、湿空气其他状态参数thtttthhhhhhvvvvvvv2.线群介绍1）定d线2）定h线3）定t线5）定线6）定v线7）pv=f(d)线3.线群讨论▲定d线一组平行于纵坐标的直线群。含湿量d相同、状态不同的湿空气具有相同的露点——露点td是湿空气冷却到=1时的温度。由于未饱和空气定压冷却达到露点的过程中含湿量不变，，thtttthhhhhhvvvvvvv当p一定时，vdpvv0.622pdpp33▲等干球温度线等t线是一组互不平行的直线，t愈高，等t线斜率愈大。由h=1.005t+(2501+1.86t)d，当湿空气干球温度t=定值时，h和d间成直线变化关系。斜率随t增加而增大。▲等湿球温度tw线等湿球温度线近似平行等焓线。绝热增湿过程近似为等h过程，湿空气的湿球温tw(近似等于绝热饱和温度t'w)是沿等h线冷却到=1时的温度。因此，焓值相同状态不同的湿空气具有相同湿球温度。▲等线是一组上凸形的曲线。vv0.6220.622ssppdpppp所以总压力p一定时，=f(d,t)。1622.0d▲湿空气温度等于或高于100℃时等线与t=100℃等线即为等d线，等温线相交后，向上折与等d线重合。因h-d图都是在一定大气压力p下绘制的，温度高于100℃时，水蒸气分压力等于大气压此时，定义=pv/p，则=f(d)35▲=0，和纵坐标线重合。干空气状态d=0。vvav0.6220.622ppdpppv0.622pdpd当d0.622时，则pv与d近似成直线关系。▲水蒸气的分压力线36111,,pt1h例1已知湿空气参数3.h-d图应用求其他参数解据压力选择h-d图。由温度及相对湿度在图上确定点1的位置，由此读出wt1ddtvp由h1与交点读出100%