07混合气体湿空气

1第七章理想混合气体和湿空气第一节理想混合气体第二节湿空气第三节湿空气的h-d图第四节湿空气的典型过程2问题的提出第五章中理想气体属单元单相系；第六章中水蒸气属单元两相系。以往的讨论有局限性：例如柴油机中的燃气主要成分：O2、N2、CO2;次要成分:SO2、H2O、CO等。多种成分的混合物如何处理？3本章讨论的工质属于多元单相系。如果我们所研究的系统中：①有多种不同化学成分的气体；②气体间无化学反应：③且各组元气体及气体的整体都可看为理想气体。这种气体，我们称为理想气体混合物。例如，烟气、燃气、空气等。无化学反应的理想气体的混合物。混合物由于由不同的化学成分的物质组成，那么，混合物的性质就与各种混合物的性质以及各组元在整个混合物中所占的份额有关。4第一节理想混合气体一、分压力和分体积5混合气体第i种组元单独占有与混合物相同容积，并与混合物温度相同时，所呈现出的压力叫该组元的分压力Pi6混和物中某种组元处于混合物相同的温度和压力下所单独占有的容积,叫该组元的分体积Vi7T、VPiT、PViniinppppp121）（＝TRmVppViiiiVppVppVVVVniniiiniin11121)(道尔顿分压定律VppViiniipp1∵分体积定律推出（分体积定律）niinVVVVV121注意:都是i气体，所以Ri相同；T均是混合气体的T.81、质量分数二、理想混合气体的分数已知理想混合气体由n种理想气体组成，其中任一种组成气体的质量为mi，分体积为Vi，千摩尔数为ni(i=1,2,…,n)，则理想混合气体的分数分别为混合气体总质量niimm1mmii第i种组成气体的质量分数1i92、体积分数第i种组成气体的体积分数VViiniinVVVVV121由1i）（＝TRmVppViiii由状态方程有ppVVpiiippii103、摩尔分数混合气体总摩尔数niinn1nnxii第i种组成气体的摩尔分数1ixiix的。、是同与注意分体积的概念，体积都相等。下，任意气体的、同＝TpvvKmolTpxnnnMvvMnmvvmVViiiiiiiiii11kmolkgnmM/)/(8314KkgJMR三、理想混合气体的千摩尔质量和气体常数12四、理想混合气体的比热容、热力学能、焓和熵1、质量比热容niiiniiiniiniiccmmcTcmTmcQQi1111据“一定”：混合物的性质与各种混合物的性质以及各组元在整个混合物中所占的份额有关。132、热力学能、焓和熵理想混合气体的热力学能niniiiiumUU11niiiumUu1理想混合气体的焓和比焓niniiiihmHH11niiihmHh114理想混合气体的熵和比熵niniiiismSS11niiismSs1*熵不仅与温度有关，而且还与压力有关。因为温度为T的组成气体单独存在于体积V中，其分压力为Pi，所以计算组成气体比熵的变化量时应采用其分压力Pi，而不是理想混合气体的压力P，即niiiipiippRTTcs11212)lnln(15例7-1（P87）某轮烟囱每秒排出绝对压力为0.11Mpa、温度为300℃的烟气60m3，由烟气分析器测得烟气的摩尔分数如下所示，试求每秒排出烟气的质量以及各组成气体的质量。104.02cox052.02Ox099.02OHx745.02Nx解：根据理想气体状态方程，先求出烟气的总摩尔数TnRPVMkmolTRPVnM3854.1)273300(8314601011.06kmolnxnkmolnxnkmolnxnkmolnxnNNoHoHoococo031.13854.1745.0137.03854.1099.0072.03854.1052.0144.03854.1104.02222222216kgmmmmmkgnMmkgnMmkgnoMmkgnMmNoHocoNNNoHoHoHoocococo40892.28031.128468.2137.018304.2072.032336.6144.044222222222222222217第二节湿空气一、干空气和湿空气含水蒸汽的空气称为湿空气。完全不含有水蒸汽的空气称为干空气。湿空气是干空气与水蒸汽的混合物。干空气可视为理想气体,而存在于大气中的水蒸汽,由于其压力通常是很小的，所以它的比体积很大，分子间距离足够远，也可以作为理想气体处理。所以，湿空气这种干空气和水蒸汽的混合物是一种特殊的理想气体混合物；其中水蒸汽的含量会由于蒸发和凝结而有所改变，这是与不凝结性气体组成的混合气体的不同之处。18特殊处：1、其中的水蒸气可当作理想气体；2、水蒸气的含量可能发生变化。19根据道尔顿分压定律，湿空气压力(大气压力)vabPPPPa为干空气分压力；Pv为水蒸汽分压力。20二、湿空气的分类未饱和空气饱和空气干空气+过热蒸汽干空气+饱和水蒸汽)(tPPsv)(tPPsvpvTsPvPvPsPstTabbbaa湿空气中的水蒸气只可能有两种状态——过热、干饱和蒸汽。21在T-S图上，使未饱和空气中的水蒸气达到饱和状态可用以下两种方法：一种为定温加湿，即在一定温度下，增加空气中的水蒸气，湿空气中水蒸气的分压力提高，水蒸气状态沿等温线A－S向左，直到S点，湿空气达到饱和状态。第二种为定压降温。即湿空气中水蒸气的分压力不变，而降低湿空气温度，水蒸气状态沿pv等压线左下行，直到B点，湿空气达到饱和状态。B点称为露点，B点对应的温度，即pv对应的饱和温度Td，称为露点温度。湿度大，日夜温差大的夏天清晨结露水，就是如此，露点由此而得名。AB22露点是湿空气的一个重要状态参数。在空气调节中,为了减少湿空气中水蒸汽的含量,可设法使湿空气冷却到温度低于露点,水蒸汽便以水滴形式析出。露点对柴油机的低温腐蚀以及锅炉的运行管理有较大的影响。锅炉尾部的受热面以及空气预热器的堵灰和腐蚀,就是由于受热面的金属温度低于烟气中水蒸汽和二氧化硫气体的露点之故。一旦出现结露,如果水蒸汽和二氧化硫气体凝结,在受热面上将形成硫酸、就会造成严重腐蚀。防止堵灰和腐蚀的主要原则是设法避免烟气中的水蒸汽结露。23三、湿空气的湿度1.含湿量ｄ一定容积的湿空气中水蒸汽质量与干空气质量之比,称为湿空气的“含湿量”,用ｄ表示,其单位为g水蒸汽／kg干空气。含湿量不是以1kg湿空气为计算的基准,而是以1kg干空气作为计算的基准的。含湿量ｄ理解为与1kg干空气相混合的水蒸汽质量。即在（1+0.001d）kg湿空气中含有ｄ克水蒸汽。24avavvvaammVmKgmmKgVm于是：＝)(33kggkggmmkgkgmmdavavav/1000/1000/上式中：25由于湿空气可视为理想气体,对水蒸汽和干空气分别有TRpvvvTRpaaaavavavvaaavvavppppppRRTRpTRpd6239.28181000100010001000vbvpppd623由上式可见,当pb一定时,湿空气的含湿量ｄ与水蒸汽分压力pv之间有着一一对应的关系,因此,当pb一定时,对湿空气加热或冷却,如ｄ保持不变,则pv不变。9.281883148314avvavaMMMMRR262、相对湿度湿空气中水蒸汽分压力与湿空气温度ｔ下水蒸汽饱和压力之比,称为“相对湿度”,用表示,当＝1，pv＝ps,这时湿空气中水蒸汽为饱和蒸汽,即＝1的湿空气为饱和空气；当＜1，pv＜ps,这时湿空气中水蒸汽为过热蒸汽,即＜1的湿空气为未饱和空气；当＝0，pv＝0,这是不含有水蒸汽的情况,因此可将干空气视为＝0的“湿”空气。svpp27可见,不论湿空气温度如何,相对湿度表述了湿空气接近饱和空气的程度。通常所谓空气的干湿程度,是指水在其中的蒸发速率而言；相对湿度与蒸发速率直接有关:值愈大,蒸发速率愈小。3.含湿量与相对湿度之间的关系sbspppd623sbpddp623也有：vbvpppd623前面有：svpp28vadhhh001.0四、湿空气的焓1kg干空气的比焓与0.001ｄkg水蒸汽焓的和,称为“湿空气的比焓”,kgkJttchpa/005.10℃时干空气的焓为零，温度t时干空气的焓为0℃时水蒸气的焓为)/(86.1,/0.25010KkgkJCkgkJhpv（经验公式）kgkJthv/86.10.2501温度t时水蒸气的焓为以1kg干空气为基准的湿空气的比焓为干空气kgkJtdth/)86.10.2501(001.0005.129第三节湿空气的ｈ-ｄ图1.定焓线2.定含湿量线3.定温线4.定相对湿度线5.水蒸汽的饱和分压力与含湿量ｄ的关系曲线6.热湿比线30干空气kgkJtdth/)86.10.2501(001.0005.1constt)86.11.2501(001.0005.1tbtabdahsbsbptdpPddP,)623(不变时确定，当=100%在最下方31热湿比线dh001.0用来表示湿空气变化过程的特征和进行的方向32dh001.033第四节湿空气的典型过程一、空调装置工作概况34二、湿空气的几种典型过程1.绝热混合过程21),(2),(12211aamdhmdh；干空气质量；干空气质量2132121)(hmhmhmmaaaa又：)(321312hhmmhhaa即32321313ddhhddhh点3位于1、2两点连线上)(321312ddmmddaad2d3d1kgkgmmdav/)()(2132121213水蒸气的质量dmdmdmmmmmaaaaaaa35hd=100%122313321312ddddmmaa，中点点，近点，近12111121212aaaaaammmmmm3362、湿空气的加热过程湿空气经过加热器被定压加热时,由于其中的水蒸汽质量未变,所以这一过程称为定含湿量过程，而且湿空气中水蒸汽的分压力和露点都不变。37３、湿空气的冷却过程分两种情况：若冷却器壁面温度高于该湿空气的露点温度，12若冷却器壁面温度低于该湿空气的露点温度，12’3438４.加湿过程分两种情况：１.喷水加湿过程工程上可近似地把喷水加湿过程按定焓过程处理，12。２.工程上可近似把喷蒸汽加湿过程按定温过程处理，13。39干球温度、湿球温度在湿空气过程的分析和计算中，通常需要确定湿空气的含湿量或相对湿度。应用干－湿球温度计是测定空气相对湿度或含湿量的较简便的方法。干－湿球温度计如图。图中，干球温度计是一支普通的温度计，而湿球温度计头部被尾端侵入水平的吸液芯包裹。当空气流过时，干球温度计指示出空气温度T，或称干球温度，而湿球温度计反映的是吸液芯中水的温度，这个温度值称为湿球温度，用tw表示。如果空气是未饱和的，吸液芯中的水将向空气蒸发而使水温降低。空气与水之间的温差导致空气向吸液芯中的水传热，从而阻止水温的不断下降。这样，在达到平衡时，湿球温度tw总是低于干球温度，但比空气的露点温度td高。40作业P97习题：1、4、5、8提示：搞清楚喷水加湿过程；注意当pb给定时，Td=f(pv)