1
第 1 章 混合气体和湿空气
2
§ 1–1 理想气体混合物 (§ 3-5 )
考虑气体混合物的基本原则:
混合气体的组分 都处理想气体状态,则混合气体
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
与组分气体质量之和及分子数之和相同 ;
ggpV m R T R??混 混 混 平均气体常数
理想气体混合物可作为 Rg混 和 M混 的,某种,理想气体。
gM R R M??混 混 混 平均摩尔质量
330( ) 22,4 10 m / m olMv ???
inn ??混 等等混混 ii MnMn ??
3
一、混合气体的分压力定律和分容积定律
1.分压力定律 (Dalton law of partial pressure)
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 。
nR TpV ? RTnVp ii ?RTnVp 11 ? RTnVp mm ?
n R TnRTpV ii ?????
ipp?? 分压力定律
4
2、分容积定律 (law of partial volume)
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。
nR TpV ? RTnpV 11 ? RTnpV ii ? RTnpV mm ?
n R TnRTVp ii ????
iVV?? 分体积定律
5
三、混合气体成分
1??? iii wmmw
2.体积分数 (volume fraction of a mixture)
1??? iii VV ??
3.摩尔分数 (mole fraction of a mixture)
1??? iii xnnx
1.质量分数 (mass fraction of a mixture)
6
4.各成分之间的关系
) iiax ??
) g ii i i
gi
R Mb w x x
RM
??混

i
i
V
V? ? 混
? ?
? ?
i ii
i
n M v n
x
n M v n
? ? ?
混混 混
g g g g
g g gg
/
/
/
/
iiii
i i i
i i i
i
ii
i
RRpV R T RmV
wx
m pV R T V R R R
RM M
xx
R M M
?? ? ? ? ? ?
??
混混 混
混混


7
5,iip x p?
6.利用混合物成分求 M混 和 Rg混
a)已知质量分数
? ?ggiiR w R??混
/
/
i i i
i
n p V RT px
n pV RT p? ? ?混
g
RM
R
??混

8
? ?g g g g g
g
i i i i i i
i
R
w x w R R x R x R
R
? ? ? ? ? ? ? ?混 混 混 混
b)已知摩尔分数
? ? gii RM M x R M? ? ? ?混混

例题 \第三章 \A411143.ppt
例题 \第三章 \A711143.ppt
? ? ? ? ? ?ii ii i i i inM nn M n M M M x Mnn ???? ? ? ? ? ? ? ???
??
Q 混 混 混
混混
9
四、理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵
a.比热容
RCCCxC
cxccwc
mvmpmiim
iiii
????
????

混混
''
b.热力学能 )(
ii
ii
i uwm
um
m
UuUU ???????
混混
c.焓
? ?
)( iiiii
iiiii
hw
m
hm
m
H
m
H
h
HpVUpVUVpUHH
??
?
?
?
??
????????????


混混
d.熵
1 k gi i i i iS S m s s w s? ? ? ? ? ?混 混
10
如某种混合气体由 A,B两种气体组成,混合气体
压力 p,分压力为 pA,pB,温度为 T,则
? ? ? ?,,A A A B BBs w s p T w s p T??混
混合气体 (无化学反应 )微过程中,
11
1kg:
? ? g
g
dd
d d d
dd
i
i i i i i p i i
i
i
i p i i i
i
pT
s w s w s w c R
Tp
pT
w c w R
Tp
??
? ? ? ? ? ? ???
??
? ? ? ?

定比热容,
,22
g
1,1
l n l n ii p i i i
i
pT
s w c w R
Tp
? ? ? ? ?混
,22
1,1
dd
1 km ol d
l n l n
i
i pmi im
i
i
i pmi im
i
pT
S x C x R
Tp
pT
S x C R x
Tp
? ? ? ?
? ? ? ? ?


12
例题 \第三章 \A4412551.ppt
例题 \第三章 \A4412552.ppt
讨论题 \混合熵变,ppt
13
§ 1–2 湿空气 概述
?地球上的大气由氮、氧、氩、二氧化碳、水
蒸气及极微量的其他气体所组成。水蒸气以外的
所有组成气体称为干空气,看作是不变的整体。
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)
成分 相对分子质量 摩尔成分
O2 32.000 0.2095
N2 28.016 0.7809
Ar 39.944 0.0093
CO2 44.01 0.0003
14
湿空气 =干空气 (dry air)+
水蒸气 (water vapor)
湿空气是理想气体混合物
avp p p??
一,未饱和湿空气 (unsaturated air)和
饱和湿空气 (saturated air)
? ?vst t p?
所以空气饱和与否取决于 t,pv
g
R
R
M
?
LL
空气中的水蒸气
? ?svt t p?
过热 空气未饱和
饱和 空气饱和
15

/ C 1 1 0 2 0 3 0
/ k P a 0, 6 5 5 6 1, 2 2 7 9 2, 3 3 8 5 4, 2 4 5 1s
t
p
o
1,2 2 7 9 k Pavp ?
20 Co
10 Co
未饱和
饱和
1Co? 饱和
16
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)
二,露点 —dew point
湿空气中水蒸气压力 pv所对应
的饱和温度,td=ts(pv) 。
例题 \第十三章 \A422144.ppt
17
§ 1-3 相对湿度 (the relative humidity)和
含湿量 (humidity; humidity ratio)
一,绝对湿度 (absolute humidity)ρv
每立方米湿空气中水蒸气的质量 kg/m3
所以
v
v v v v g v v
v g v
11) pp p v R T
v R T
??
??
? ? ? ? ???
??
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 pv<ps有吸湿能力。
v v,m a x v v,m a x2) ''ssp p p ? ? ? ?? ? ? ? ?
18
二, 相对湿度(饱和度) -- humidity φ
— 湿空气中水蒸气含量与同温度下最大可能含量之比 。
s
v
?
?? ?所以
v
v1) s
s
p pp
p
????
10)2 ?? ?
φ =0 干空气
0 < φ < 1 未饱和空气
φ =1 饱和空气
吸湿
能力
下降
注:当 t>ts( p),如在 1atm时,t>100℃ 时,
由于水蒸汽的最大压力(饱和压力) ps>p
v,m a x sp p p??
此时
vv
v,m ax
pp
pp? ??
19
三,含湿量 d
—— 每 kg干空气中所含水蒸气的质量
v v v
a a a
0,6 2 2mpd ??? ? ?
讨论,a)当 p一定时,
vdp?
?tpb 一定时,,当 ?)
例题 \第十三章 \A922133.ppt 例题 \第十三章 \A422244.ppt
v0,6 2 2 p
p?
升温吸湿原理
???? dp s
s
s
pp
p
?
?
?? 6 2 2.0
v
v
0,6 2 2 ppp? ?
k g / k g水 蒸 气 干 空 气( )
20
四, 干球温度 t—dry-bulb temperature,湿球温度 tw
--wet-bulb temperature和绝热饱和温度 tad—
adiabatic-saturation temperature
1.干、湿球温度计 (wet-and-dry-bulb thermometer;
psychrometer)原理
wdt t t??
幻灯片 9
幻灯片 10
21
干湿球温度计
幻灯片 8
22
24
§ 1-4 湿空气的焓 -湿图 — psychrometric chart
一, 湿空气的焓
a a v v
av
aa
m h m hHh h dh
mm
?? ? ? ?
? ? ? ? ? ? ? ?? ?k J / k g D A C k g / k g D A C1 0 0 5 2 5 0 1 1, 8 6h t d t? ? ?oo
v 2 5 0 1 1,8 9 0 3ht??
东南大学
清华大学
北京林业大学
哈尔滨工业大学
例题 \第十三章 \A422177.ppt
v 2501 1.842ht??
v 2501 1.964ht??
2
v
2
a
2 5 0 1 1, 8 5 0 0, 0 0 0 2 1
1, 0 0 2 0, 0 0 0 0 5
h t t
h t t
? ? ?
??
k J /k g 干 空 气
25
? ? ? ? ? ? )05 31 06.0e xp (93 57 5.1679 37 62 9.049 56 28.70 CCkgkJ tth ?? ????干空气
湿空气的焓也可由下式计算
适用范围,pb=101.325kPa,t?50℃,若
pb≠101.325kPa,需按下式修正:
? ? ? ? ? ?? ? ? ? ??
?
?
???
?
???
?
?
???
? ?
?
k P abk P ab
k P ab
CkgkJ php
pth 3.1013.101005.1
0?干空气
以上均为浜田棠 -吉田崇提出,在 t不超过 55℃ 时,
误差不大于 1%。
26
二, 湿空气其他状态参数
按 1kg干空气 加 d kg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, h-d图
? ?tdth 86.12 5 0 10 0 5.1 ???
注意,h-d图随 pb改变而改变
A)制图依据
s
s
pp
pd
?
?
?? 622.0
图 \h-d.ppt
27
B)线群介绍
1)定 d线
一组平行于纵坐标的直线群。
露点 td是湿空气 d冷却到 =100%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。
2)定 h线
3)定 t线
由 h=1.005t+(2501+1.86t)d,当湿空气的干球温度
t=定值时,h和 d间成直线变化关系。 t不同时斜率
不同。因此等 t线是一组互不平行的直线,t愈高,
则等 t线斜率愈大。
图 \h-d.ppt
28
4)定 tw线
绝热增湿过程近似为等 h过程,湿空气的湿球温度
tw(近似等于绝热饱和温度 tw')是沿等 h线冷却到 φ=
100%时的温度。因此,焓值相同状态不同的湿空
气具有相同的湿球温度。
5)定 φ线
等 φ线是一组上凸形的曲线。 因 d
s
s
pp
p
?
?
?? 6 2 2.0所以总压力 p一定时,φ=f(d,t) 。
?
?
?? 16 2 2.0d
h-d图都是在一定的总压力 p下绘制的,水蒸气的
分压力最大也不可能超过 p。因此当湿空气温 度等
于或高于 100℃ 时 φ定义为 φ =pv/p。
等 φ线就是等 d线,所以各等 φ线与 t =100℃ 的等温
线相交后,向上折与等 d线重合。
图 \h-d.ppt
29
6)定 v线
φ=0,即干空气状态,这时
d=0,所以它和纵坐标线重
合。
7) pv=f(d)线
v
v
a
v
pp
p
p
pd
??? 622.0622.0 d
pdp
v ?? 622.0
当 d<<0.622时,则 pv与 d近似成直线关系。所以
图中 d很小那段的 pv为直线。该曲线画在 φ=100%
等湿线下方,pv的单位为 kPa
图 \h-d.ppt 图 \温 -湿图,ppt
30
C) h-d图应用
0,1,
2 0 C,6 5 %
p M P a
t ?
?
??o
已知:湿空气
求:其他参数
44,0 kJ/kg 16,8
9,3 g/kg 13,5 C
1,3 kP a
w
d
v
h t c
dt
p
??
??
?
o
o
干空气
干空气
例 1图 \h-d.ppt
31
0,1 M Pa,
3 0 C,2 5 Cw
p
tt
?
??oo
已知:湿空气
求:其他参数
d
7 6, 0 k J/k g 6 7 %
1 8, 2 g /kg 2 3 C
2, 8 k Pav
h
dt
p
???
?
o
干空气
干空气
例 2
讨论题 \湿空气,PPT
32
§ 1-5 湿空气的热力过程
湿空气热力过程求解的共同步骤:
1.画出流程草图;
2.在 h-d图上画出过程;
3.写出水及干空气的质量守恒方程;
4.写出能量方程;
5.利用解析法或 h-d图确定质、能方程中各参数;
6.求解。
33
一, 冷却、冷却去湿 (dehumidification)及加热
对于冷却盘管:
? ? ? ?a 2 1 2 1cwQ m h h d d h? ? ? ? ? ???
? ?a 1 2wm m d d??
34
对于加热段:
? ?H a 3 2Q m h h??
? ? ? ?H a a 3 a 2 2 v 3 v 2Q m h h d h h??? ? ? ???
? ? ? ?a k J / k g C1, 0 0 5ht? o? ? ? ?v k J / k g C2 5 0 1 1, 8 6ht?? o
35
二, 蒸发冷却(绝热加湿)
? ?w v 2 v 1 a 2 1m m m m d d? ? ? ?
? ?a 1 a 2 1 w a 2m h m d d h m h? ? ?
水蒸气质量守衡:
能量守衡:
? ?
? ?
a a 1 1 v 1 w w
a a 2 2 v 2
m h d h m h
m h d h
??
??
wvhh??
12hh?
21dd且 与 相 差 不 大
36
三, 加热增湿
? ?w v 3 v 1 a 3 1m m m m d d? ? ? ?
水蒸气质量守衡:
湿空气能量守衡:
a 1 w w a 3m h Q m h m h? ? ?
37
四, 绝热混合
a 1 a 2 a 3m m m??
? a 1 2 3
a 2 3 1
m d d
m d d
??
?
a 1 1 a 2 2 a 3 3m h m h m h??
? a 1 2 3 2 3
a 2 3 1 3 1
m h h d d
m h h d d
????
??
v 1 v 2 v 3m m m??
a 1 1 a 2 2 a 3 3m d m d m d??
? ? ? ?a 1 3 1 a 2 2 3m d d m d d? ? ?
? ? ? ?a 1 3 1 a 2 2 3m h h m h h? ? ?
38
a 1 2 3 2 3
a 2 3 1 3 1
m h h d d
m h h d d
????
??
39
例题 \第十三章 \A4221661.ppt
例题 \第十三章 \A4221662.ppt
*例题 \第十三章 \A422299.ppt
*例题 \第十三章 \A423288.ppt