工程热力学---第12章 混合气体和湿空气

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十二章 混合气体和湿空气,Gas mixtures and moist air,12-1 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,1,121,理想气体混合物,一、处理气体混合物的根本原那么,混合气体混合物的组分都处理想气体状态，那么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。,理想气体混合物可作为Rg混和M混的“某种理想气体。,平均气体常数，,折合气体常数,平均摩尔质量，,折合摩尔质量,2,二、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。,分压力定律,3,2.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,。,分容积定律,4,三、混合气体成分,2.,体积分数,(volume fraction of a mixture),3.,摩尔分数,(mole fraction of a mixture),1.,质量分数,(mass fraction of a mixture),5,4.各成分之间的关系,6,6.利用混合物成分求,M,混,和,R,g混,1)质量分数,5.分压力和总压力,7,2)摩尔分数,例A711143,例A411143,8,四、理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵,1.,比热容,2.,热力学能,3.,焓,4.,熵,1 kg,9,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,那么,分压力,10,1 kg,定比热容,1 mol,定比热容,五、混合气体(无化学反响)过程熵变,11,例A4412551,例A4412552,讨论混合熵变,12,122 湿空气,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,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,O,2,32.000,0.209 5,N,2,28.016,0.780 9,Ar,39.944,0.009 3,CO,2,44.01,0.000 3,一、干空气和湿空气,13,湿空气,=,干空气,(dry air),+,水蒸气,(water vapor),湿空气是,理想气体混合物,一、未饱和湿空气,(unsaturated air),和,饱和湿空气,(saturated air),空气饱和与否取决于,t,，,p,v,空气中的水蒸气,过热,空气未饱和,饱和,空气饱和,14,如,当,空气未饱和,空气饱和,空气达成饱和的途径,t,不变,，,p,v,上升，,p,v,=,p,s,(,t,),P,v,不变,，,t,下降，,t=t,s,(,p,v,),15,二、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A4221442,16,12-3,相对湿度和含湿量,一、,绝对湿度,(,absolute humidity),每立方米湿空气中水蒸气的质量 kg/m,3,3v 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 pv=ps，无吸湿能力10时pv ps有吸湿能力。,1,理想气体,2,17,二、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。,=0 干空气,0 tsp，如在1atm时，t 100 时，,由于水蒸汽的最大压力饱和压力ps p，故,1.,2.,此时,18,三、,含湿量,d,(humidity;humidity ratio),1 kg干空气中所含水蒸气的质量,a当p一定时，,kg水蒸气/kg干空气,b),一定，,升温吸湿原理,讨论：,例A922133,例A422244,19,四、,干球温度,t,(dry-bulb temperature)，,湿球温度,t,w,(wet-bulb temperature),和绝热饱和温度,t,ad,(adiabatic-saturation temperature),1.,干、湿球温度计,(wet-and-dry-bulb thermometer;,psychrometer),原理,20,原理,有效汽膜层内饱和,饱和温度,饱和温度,21,22,2.绝热饱和温度(adiabatic-saturation temperature),23,12-4,湿空气的焓-湿图,(psychrometric chart),一、湿空气的焓,东南大学,清华大学,北京林业大学,哈尔滨工业大学,kJ/kg干空气,例A422177,24,湿空气的焓也可由,浜田棠-吉田崇,式计算,p,b,=101.325 kPa、t,5 0。,在,t,不超过55 时，误差不大于1%。,适用范围：,假设 pb101.325 kPa，需按下式修正：,25,按,1 kg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,注意：,h-d,图随,p,b,改变而改变,1.制图依据,二、湿空气其他状态参数,26,2.线群介绍,1定d 线,一组平行于纵坐标的直线群。,露点,t,d,是湿空气冷却到 =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,=1.005,t,+(2501+1.86,t,),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，,等,t,线斜率愈大。,27,4定 tw 线,绝热增湿过程近似为等,h,过程，湿空气的湿球温,t,w,(近似等于绝热饱和温度,t,w,)是沿等,h,线冷却到,=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定线,等,线是一组上凸形的曲线。,所以总压力,p,一定时，,=,f,(,d,t,)。,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,定义为,=p,v,/p,。此时,等,线就是等,d,线，所以各等,线与,t,=100的等温线相交后，向上折与等,d,线重合。,28,6定v线,=0，即干空气状态，这时,d,=0，所以它和纵坐标线重合。,7pv=f(d)线,当d 0.622时，那么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=100%等湿线下方，pv的单位为 kPa。,29,例1 湿空气参数,3.,h-d,图应用,求其他参数,解：由温度及相对湿度在,h-d,图,上确定点,1,的位置，由此读出,由,h,1,与 交点读出,由点1作垂线，与交 点读出,与,p,v,线交点读出,30,求,:,其他.,例2 湿空气参数,解：利用,h-d,上等湿球温度线与,等焓线平行及 时干球,温度等于湿球温度确定点,1,。,讨论:湿空气,31,12-5,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。,32,一、,冷却、冷却去湿,(dehumidification),及加热,对于冷却盘管：,33,对于加热段：,即,34,二、蒸发冷却绝热加湿,水蒸气质量守衡：,能量守衡：,即,35,三、加热增湿,水蒸气质量守衡：,湿空气能量守衡：,36,四、混合,37,38,例A4221663,例A4221662,例A422299,*,例A423288,*,下一章,39,