第二章理想混合氣體及濕空氣

第二章理想混合氣體及濕空氣第1頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月基本要求：1。熟練掌握理想混合氣體的有關(guān)定律、基本概念和基本計算2。熟練掌握濕空氣的有關(guān)基本概念3。掌握濕空氣的h-d圖4。了解濕空氣的典型過程第2頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月壓力P低比體積v=V/m大理想氣體假設(shè)：（1）分子是彈性的、不占據(jù)體積的質(zhì)點（無質(zhì)量、無大?。?）分子間無相互作用力實際工程上，O2、N2、H2、CO等及其混合空氣、燃氣、煙氣等工質(zhì)，在通常使用的溫度、壓力下都可作為理想氣體處理。水蒸氣、氟利昂蒸汽、氨蒸汽，由于溫度很高，離液態(tài)不遠，不可作為理想氣體理想氣體是氣體壓力p0，v∞時的極限狀態(tài)第3頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月1、質(zhì)量分數(shù)一、理想混合氣體的分數(shù)（成分：三種表示方法）已知理想混合氣體由n種理想氣體組成，其中任一種組成氣體的質(zhì)量為mi

，分體積為Vi，千摩爾數(shù)為ni(i=1,2,…,n)，則理想混合氣體的分數(shù)分別為

混合氣體總質(zhì)量第i種組成氣體的質(zhì)量分數(shù)

第一節(jié)理想混合氣體理想混合氣體：由若干不同理想氣體所組成。

——與單一理想氣體具有相同的性質(zhì)第4頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2、體積分數(shù)第i種組成氣體的體積分數(shù)

由由狀態(tài)方程有第5頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月3、摩爾分數(shù)混合氣體總摩爾數(shù)第i種組成氣體的摩爾分數(shù)（混合氣體的體積分數(shù)和摩爾分數(shù)在數(shù)值上是相等的）第6頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月T、VPiT、P

Vi分壓力和分體積

道爾頓分壓定律∵

（一）道爾頓分壓定律（二）分體積定律

（亞美格分體積定律）所以，得到分體積定律二、分壓定律與分體積定律∵

第7頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月三、理想混合氣體的摩爾質(zhì)量和氣體常數(shù)（折合氣體常數(shù)）M——混合物的折合分子質(zhì)量將混合氣體折合成某種假想的單質(zhì)理想氣體，該假想氣體的氣體常數(shù)稱為折合氣體常數(shù)R第8頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月四、理想混合氣體的比熱容、熱力學能、焓和熵理想氣體的分子間沒有相互作用力，分子自身也不占有體積。可以認為在混合氣體中，任何一種組元所處的狀態(tài)不受其他組元存在的影響，其比熱容、熱力學能、焓、熵可由各組成氣體的性質(zhì)及其在混合氣體中的比例來計算。1、比熱容——單位數(shù)量的物質(zhì)，在溫度升高1K所需的熱量第9頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月對第i種組分理想混合氣體的質(zhì)量比熱容理想混合氣體的容積比熱容理想混合氣體的摩爾熱容氣體的數(shù)量單位有：質(zhì)量、容積、摩爾第10頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月熱容的種類定容熱容定壓熱容名稱單位比熱容摩爾熱容體積熱容思考：對同一種物質(zhì)來講，同樣是比熱容，同樣是定容熱容，熱容是一個常數(shù)嗎？第11頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月故，熱容不是一個常數(shù)，即使過程特性一定。理想氣體——只與溫度有關(guān)，因為分子間無相互作用力，無內(nèi)位能工程上——溫度范圍變化不大，把比熱容看做與溫度無關(guān)，此時的比熱容稱為定值比熱容。第12頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2、熱力學能、焓和熵理想混合氣體的熱力學能為各組成氣體熱力學能之和

焓：定義——工質(zhì)熱力狀態(tài)參數(shù)之一，表示工質(zhì)所含的全部熱能，等于該工質(zhì)的內(nèi)能加上其體積與絕對壓力的乘積：H=U+pV（h=u+pdV）理想混合氣體的焓和比焓第13頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月理想混合氣體的熵和比熵*熵不僅與溫度有關(guān)，而且還與壓力有關(guān)。因為溫度為T的組成氣體單獨存在于體積V中，其分壓力為Pi，所以計算組成氣體比熵的變化量時應(yīng)采用其分壓力Pi，而不是理想混合氣體的壓力P，即第14頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月例1某船煙囪每秒排出絕對壓力為0.11Mpa、溫度為300℃的煙氣60m3，由煙氣分析器測得煙氣的摩爾分數(shù)如下所示，試求每秒排出煙氣的質(zhì)量以及各組成氣體的質(zhì)量。解：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，先求出煙氣的總摩爾數(shù)第15頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)濕空氣一、干空氣和濕空氣含水蒸汽的空氣稱為濕空氣。完全不含有水蒸汽的空氣稱為干空氣。濕空氣是干空氣與水蒸汽的混合物。干空氣可視為理想氣體,而存在于大氣中的水蒸汽,由于其壓力通常是很小的，所以它的比體積很大，分子間距離足夠遠，也可以作為理想氣體處理。所以，濕空氣這種干空氣和水蒸汽的混合物是一種特殊的理想氣體混合物；其中水蒸汽的含量會由于蒸發(fā)和凝結(jié)而有所改變，這是與不凝結(jié)性氣體組成的混合氣體的不同之處。根據(jù)道爾頓分壓定律，濕空氣壓力(大氣壓力)Pa為干空氣分壓力；Pv為水蒸汽分壓力。第17頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月二、濕空氣的分類未飽和空氣飽和空氣干空氣+過熱蒸汽干空氣+飽和水蒸汽pvTsPvPvPsPstTabbbaa第18頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月pvTsPvPvPsPstTbbaa三、濕空氣的溫度未飽和空氣a可以通過三種途徑成為飽和空氣b，這三種途徑分別對應(yīng)濕空氣三種不同溫度：1、干球溫度：a—bt2、露點溫度：a—dtdddTd3、濕球溫度：絕熱飽和溫度；a—ctwcc第19頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月露點是濕空氣的一個重要狀態(tài)參數(shù)。在空氣調(diào)節(jié)中,為了減少濕空氣中水蒸汽的含量,可設(shè)法使?jié)窨諝饫鋮s到溫度低于露點,水蒸汽便以水滴形式析出。露點對柴油機的低溫腐蝕以及鍋爐的運行管理有較大的影響。鍋爐尾部的受熱面以及空氣預(yù)熱器的堵灰和腐蝕,就是由于受熱面的金屬溫度低于煙氣中水蒸汽和二氧化硫氣體的露點之故。一旦出現(xiàn)結(jié)露,如果水蒸汽和二氧化硫氣體凝結(jié),在受熱面上將形成硫酸、就會造成嚴重腐蝕。防止堵灰和腐蝕的主要原則是設(shè)法避免煙氣中的水蒸汽結(jié)露。第20頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月四、濕空氣的濕度1.含濕量一定容積的濕空氣中水蒸汽質(zhì)量與干空氣質(zhì)量之比,稱為濕空氣的“含濕量”,用ｄ表示,其單位為kg水蒸汽／kg干空氣。

含濕量不是以1kg濕空氣為計算的基準,而是以1kg干空氣作為計算的基準的。第21頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月由于濕空氣可視為理想氣體,對水蒸汽和干空氣分別有

由上式可見,當pb一定時,濕空氣的含濕量ｄ與水蒸汽分壓力pv之間有著一一對應(yīng)的關(guān)系,因此,當pb一定時,對濕空氣加熱或冷卻,如ｄ保持不變,則pv不變。第22頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2、相對濕度濕空氣中水蒸汽分壓力與濕空氣溫度ｔ下水蒸汽飽和壓力之比,稱為“相對濕度”,用φ表示,即

當φ＝1，pv＝ps,這時濕空氣中水蒸汽為飽和蒸汽,即φ＝1的濕空氣為飽和空氣；當φ＜1，pv＜ps,這時濕空氣中水蒸汽為過熱蒸汽,即φ＜1的濕空氣為未飽和空氣；當φ＝0，pv＝0,這是不含有水蒸汽的情況,因此可將干空氣視為φ＝0的“濕”空氣。絕對濕度與體積有關(guān)，由于空氣的體積隨溫度而變，所以它并沒有確定的比較基準，也不能完全說明濕空氣距離飽和的程度。在熱力過程計算中一般不用絕對濕度。第23頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月可見,不論濕空氣溫度如何,相對濕度φ表述了濕空氣接近飽和空氣的程度。通常所謂空氣的干濕程度,是指水在其中的蒸發(fā)速率而言；相對濕度與蒸發(fā)速率直接有關(guān):φ值愈大,蒸發(fā)速率愈小。3.含濕量與相對濕度之間的關(guān)系第24頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月五、濕空氣的焓1kg干空氣的比焓,與其混合的水蒸汽焓的和,稱為“濕空氣的比焓”,用符號ｈ表示。0℃時干空氣的焓為零，溫度t時干空氣的焓為0℃時水蒸氣的焓為溫度t時水蒸氣的焓為以1kg干空氣為基準的濕空氣的比焓為——t指空氣的干球溫度第25頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)濕空氣的ｈ-ｄ圖1.等焓線2.等含濕量線3.等溫線4.等相對濕度線5.水蒸汽的飽和分壓力pv與含濕量ｄ的關(guān)系曲線第26頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月例2-1h-d圖上任意一點都代表濕空氣的一個狀態(tài)，所以，只要知道濕空氣的任意2個獨立參數(shù)，就可以在h-d圖上找出相應(yīng)的狀態(tài)點，并根據(jù)這個狀態(tài)點，確定出其余參數(shù)第27頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)濕空氣的典型過程（了解）一、空調(diào)裝置工作概況第28頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月二、濕空氣的幾種典型過程1.混合過程hd=100%12即點3位于1、2兩點連線上第29頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月hd=100%123第30頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月例7-2某船空氣調(diào)節(jié)裝置回風量與新風量比值ma2/ma1=4，新風狀態(tài)t1=-10C，=70%，室內(nèi)回風t2=20C，=50%。求混合后濕空氣的狀態(tài)參數(shù)。hd=100%123第31頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2、濕空氣的加熱過程濕空氣經(jīng)過加熱器被定壓加熱時,由于其中的水蒸汽質(zhì)量未變,所以這一過程稱為定含濕量過程，而且濕空氣中水蒸汽的分壓力和露點都不變。第32頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月３、濕空氣的冷卻過程分兩種情況：若冷卻器壁面溫度高于該濕空氣的露點溫度，12。若冷卻器壁面溫度低于該濕空氣的露點溫度，12’34。第33頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月４.加濕過程分兩種情況：１.噴水加濕過程工程上可近似地把噴水加濕過程按定焓過程處理，12。２.噴蒸汽加濕過程工程上可近似把噴蒸汽加濕過程按定溫過程處理，1

3。第34頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月本章小結(jié)：1。理想混合氣體的基本定律和基本概念1）道爾頓分壓定律、亞美格分體積定律2）理想混合氣體的分數(shù)（質(zhì)量分數(shù)、體積分數(shù)和摩爾分數(shù)）3）理想混合氣體的（M、R、C、U、h、S）4）理想混合氣體的有關(guān)基本計算2。濕空氣的基本概念1）濕空氣（