第12章+理想氣體混合物及濕空氣

基本要求掌握與理想氣體混合物相關(guān)的術(shù)語的定義與含義：成分、折合氣體常數(shù)、折合摩爾質(zhì)量、分壓力、分體積等。熟練掌握理想氣體混合物的比熱、熱力學(xué)能、焓、熵等性質(zhì)的計算方法。掌握與濕空氣有關(guān)的術(shù)語的定義與含義：濕空氣、露點(diǎn)、濕度、含濕量等。熟練掌握濕空氣狀態(tài)參數(shù)露點(diǎn)、相對濕度、焓、比體積等的計算方法。了解濕空氣的焓—濕圖和濕空氣的過程，能將各過程表示在h-d圖上，并能正確地應(yīng)用h-d圖分析濕空氣的狀態(tài)變化。學(xué)習(xí)目的

掌握理想氣體混合物和濕空氣的狀態(tài)參數(shù)等性質(zhì)計算，掌握濕空氣熱力過程中狀態(tài)參數(shù)變化規(guī)律和相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化狀況。第十二章理想氣體混合物及濕空氣112-1理想氣體混合物工程上常用的混合物工質(zhì)：空氣（N2、O2等）；燃?xì)猓∟2、CO、H2O、CO2等）

混合制冷劑R410A（R32/R134a）1.基本概念(1)

成分：混合物中各組分所占的百分?jǐn)?shù)，其表示方法有多種。質(zhì)量分?jǐn)?shù)：摩爾分?jǐn)?shù)：體積分?jǐn)?shù)：

理想氣體混合物組分氣體

(2)折合摩爾質(zhì)量

(3)折合氣體常數(shù)212-1理想氣體混合物2.道爾頓(Dalton)分壓力定律理想氣體混合物的總壓力p等于各組分的分壓力pi

之和。分壓力：理想氣體混合物各組分在與混合物處于相同溫度、體積下的壓力。312-1理想氣體混合物3.亞美加特(Amagat)分體積定律理想氣體混合物的總體積V等于各組分的分壓力Vi

之和。分體積：理想氣體混合物各組分在與混合物處于相同溫度、壓力下的體積。43.混合氣體的比熱容、熱力學(xué)能、焓、熵總參數(shù)線性加和性：按成分加權(quán)求和12-2理想氣體混合物的比熱容、熱力學(xué)能、焓和熵比參數(shù)注意：p2i異種氣體混合用分壓力；同種氣體混合用總壓力。5例1.如圖所示絕熱混合器中，N2和O2均勻混合，已知N2進(jìn)口壓力為3bar，溫度為227℃，流量為3kg/s；O2進(jìn)口壓力為3bar，溫度為337℃，流量為2kg/s，混合后壓力為2.5bar，試求混合后的溫度及混合前后的熵變(c=const)已知：求：解：取進(jìn)出口截面1-1和2-2所圍成空間內(nèi)的工質(zhì)為研究對象，這是一個穩(wěn)定流動開口系，由熱力學(xué)第一定律有：據(jù)題意：即：由理想氣體性質(zhì)可得：

12-2理想氣體混合物的比熱容、熱力學(xué)能、焓和熵6熱力學(xué)第一定律、理想氣體熱力性質(zhì)、熱力過程習(xí)題課

由題意：所以：每秒鐘：712-3濕空氣工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中空氣調(diào)節(jié)處理必須考慮其中的水分問題。中草藥、牧草干燥茶葉、煙草干燥家居、辦公環(huán)境恒溫恒濕光學(xué)實(shí)驗(yàn)室812-3濕空氣干空氣：不含有水蒸氣的空氣濕空氣：含有水蒸氣的空氣1.濕空氣和干空氣濕空氣性質(zhì)特征：干空氣：按理性氣體處理濕空氣：也可按理想氣體處理（水蒸氣含量少，分壓力很低，處過熱狀態(tài)，遠(yuǎn)離飽和區(qū)，但是如果接近飽和區(qū)域不行）

濕空氣

=干空氣

+

水蒸氣注意：與濕飽和蒸汽的區(qū)別2.未飽和空氣和飽和空氣空氣中的水蒸氣處于兩種狀態(tài)：1、過熱蒸汽；2、干飽和蒸汽未飽和空氣=干空氣

+過熱蒸汽飽和空氣=干空氣

+干飽和蒸汽理想混合氣體：pa：干空氣分壓力pv：水蒸氣分壓力未飽和空氣:pv<ps(t)或者t>ts(pv)

飽和空氣:pv=ps(t)或者t=ts(pv)

空氣飽和與否取決于t，pv912-3濕空氣2.未飽和空氣和飽和空氣

從未飽和→飽和的途徑濕空氣中水蒸氣狀態(tài)p-v

圖和T-s

圖1、加水蒸氣pv2、TA點(diǎn)：可通過等壓過程、等溫過程以及其它各種熱力過程變化達(dá)到B、C點(diǎn)等飽和狀態(tài)。3、其它途徑1012-3濕空氣3.露點(diǎn)(DewPoint)未飽和空氣飽和空氣在一定的水蒸氣分壓力pv下，使?jié)窨諝庾優(yōu)轱柡涂諝獾哪屈c(diǎn)溫度。實(shí)質(zhì)：pv對應(yīng)的水蒸氣飽和溫度。露點(diǎn)可用濕度計或露點(diǎn)儀測量得到。冷水管t=20oC，td=28.98

oC大氣溫度t=30oC，pv=0.04bar析濕過程

濕潤的夏天水管上常出現(xiàn)水珠?1112-4濕空氣的狀態(tài)參數(shù)1.絕對濕度：單位體積濕空氣中所含的水蒸氣的質(zhì)量。即空氣中水蒸氣的密度

v1、查水蒸氣性質(zhì)表；2、查飽和空氣表

顯然：t一定時，當(dāng)2.相對濕度：濕空氣中水蒸氣分壓力

pv，與同一溫度同樣總壓力的飽和濕空氣中水蒸氣分壓力ps(t)

的比值。＝10<

<1＝0飽和空氣未飽和空氣干空氣

↓越干燥，吸水能力強(qiáng)

如：沙漠地區(qū)

↑

越潮濕，吸水能力弱如：濱海地區(qū)

絕對濕度只能說明濕空氣中所含水蒸氣的多少，而不能說明濕空氣所具有吸收水蒸氣能力的大小空調(diào)制冷量測試工況：干球溫度27℃

，

~60%1212-4濕空氣的狀態(tài)參數(shù)3.含濕量:單位質(zhì)量的干空氣所攜帶的水蒸氣的質(zhì)量。比濕度

kg/kg干空氣1312-4濕空氣的狀態(tài)參數(shù)4.濕空氣的焓：濕空氣的比焓是指含有1kg干空氣的濕空氣的焓值。

1kg干空氣的焓和dkg水蒸氣的焓之和J/kg干空氣工程上，取干空氣的焓：水蒸氣的焓：5.濕空氣的比體積：1kg干空氣與dkg的水蒸汽組成的濕空氣的體積。其中：1412-5濕球溫度和干濕球溫度計干球溫度t—濕空氣的溫度濕球溫度tw對濕球面上Tw維持不變Q蒸發(fā)熱=Q對流熱

↓

t-tw

↑

=1時，t=tw=ts(pv)1512-5濕球溫度和干濕球溫度計t=tw=tdt>tw>td未飽和空氣飽和空氣1612-6濕空氣的焓-濕圖濕空氣的性質(zhì)除了用公式計算外，還可以用h-d

圖查取。1、等含濕量線

(等d線)等d線是一組平行于縱坐標(biāo)的直線群。露點(diǎn)td是濕空氣冷卻到

＝100%時的溫度。因此含濕量d相同，狀態(tài)不同的濕空氣具有相同的露點(diǎn)。2、等焓線

(等h線)等h

線是一組與橫坐標(biāo)軸成135°的直線群。等h

線亦可近似看成定濕球溫度線(tw)一定的大氣壓力下1712-6濕空氣的焓-濕圖3、等溫線

(等

t線)4、等相對濕度線

(等

)定

線是一組向上凸的曲線群。

當(dāng)溫度超過總壓力對應(yīng)的飽和溫度（如100℃

）時，變?yōu)榇怪本€。可見在h-d

圖上，定t線的斜率為正，且隨t

增大斜率增大

＝100%飽和空氣曲線把h-d

圖分成兩部分，曲線以上為未飽和濕空氣，曲線以下無實(shí)際意義。1812-6濕空氣的焓-濕圖5、水蒸汽分壓力線用途：計算飽和和未飽和空氣的性質(zhì)。飽和空氣的性質(zhì)也可用表查取。P455附表1419例2.已知：空氣的溫度為30℃，壓力為0.1MPa，相對濕度為60%。求：td、d、pv、h

解：(1)公式計算法

12-6濕空氣的焓-濕圖t=30℃查水蒸氣飽和性質(zhì)表ps=0.0042451MPapv=ps=0.6×0.0042451MPa=0.002547MPapv=0.002547MPa

時，查水蒸氣飽和性質(zhì)表ts=td=21.10℃d=0.622pv/(p-pv)=0.622×0.002547/(0.1-0.002547)=0.01627kg/kg干空氣h=1.005t+d(2501+1.86t)=71.75kJ/kg干空氣(2)查h-d

圖法

d=0.0165kg/kg干空氣h=71.5kJ/kg干空氣td=21.5℃pv=2.25kPa2012-7濕空氣過程及其應(yīng)用1.加熱(或冷卻)過程加熱：1-2冷卻：1-2’(t>td)例如：冬天暖氣加熱，干燥例如：夏天空調(diào)降溫，潮濕2112-7濕空氣過程及其應(yīng)用2.絕熱加濕過程(1)噴水加濕向空氣中噴水，氣化潛熱來自空氣本身d↑

↑t↓(2)噴蒸氣加濕d↑

↑h↑2212-7濕空氣過程及其應(yīng)用3.冷卻去濕過程2312-7濕空氣過程及其應(yīng)用4.絕熱混合過程

混合過程的能量平衡方程為:

干空氣的質(zhì)量平衡方程：水蒸氣質(zhì)量平衡方程：

或?qū)懗桑?412-7濕空氣過程及其應(yīng)用工程應(yīng)用實(shí)例：烘干裝置——加熱過程+絕熱加濕1-2加熱過程，2-3絕熱加濕過程2512-7濕空氣過程及其應(yīng)用作業(yè)：12-02、12-03、12-08、12-12、12-15、12-17例3.已知烘干用的濕空氣進(jìn)入加熱器前t1=25oC、tw1=20oC

，在加熱器中被加熱到t2=90oC后鍵入烘箱，出烘箱時的溫度t3=40oC。設(shè)當(dāng)?shù)卮髿鈮簆=0.1013MPa，求：(1)d1、h1、td1、pv1；(2)1kg干空氣在烘箱中吸收的水分；(3)烘箱中每吸收1kg水分所需的干空氣量及在加熱器中吸收的熱量。解：確定狀態(tài)1點(diǎn)：t1=25oC

、tw1=20oC

，查h-d圖得：h1