07混合气体湿空气.ppt

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1、问题的提出问题的提出 第五章中理想气体属第五章中理想气体属单元单元单相系；第六章中水单相系；第六章中水蒸气属蒸气属单元单元两相系。两相系。以往的讨论有局限性：例如柴油机中的燃气以往的讨论有局限性：例如柴油机中的燃气 主要成分：主要成分：O2、N2、CO2;次要成分次要成分:SO2、H2O、CO等。等。多种成分的混合物如何处理？多种成分的混合物如何处理？本章讨论的工质属于本章讨论的工质属于多元多元单相系。如果我们所单相系。如果我们所研究的系统中：研究的系统中：有多种不同化学成分的气体；有多种不同化学成分的气体；气体间无化学反应：气体间无化学反应：且各组元气体及气体的整体且各组元气体及气体的整体都

2、可看为理想气体。这种气体，我们称为理想气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。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。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。元在整个混合物中所占的份额有关。第一节第一节 理想混合气体理想混合气体一、分压力和分体积一、分压力和分体积 混合气体第混合气体第i种组种组元单独占有与混合元单独占有与混合物相同容积，并与

3、物相同容积，并与混合物温度相同时，混合物温度相同时，所呈现出的压力叫所呈现出的压力叫该组元的该组元的分压力分压力Pi 混和物中某种混和物中某种组元处于混合组元处于混合物相同的温度物相同的温度和压力下所单和压力下所单独占有的容积独占有的容积,叫该组元的分叫该组元的分体积体积Vi T、VPiT、P Vi道尔顿道尔顿分压定律分压定律 注意注意:都是都是i气体，所以气体，所以Ri相同；相同；T均是混合气体的均是混合气体的T.1、质量分数、质量分数二、理想混合气体的分数二、理想混合气体的分数 已知理想混合气体由已知理想混合气体由n种理想气体组成，其中任一种组成种理想气体组成，其中任一种组成气体的质量为气

4、体的质量为mi，分体积为分体积为Vi，千摩尔数为千摩尔数为ni(i=1,2,n)，则理想混合气体的分数分别为则理想混合气体的分数分别为 混合气体总质量混合气体总质量 第第i种组成气体的质量分数种组成气体的质量分数 2、体积分数、体积分数第第i种组成气体的体积分数种组成气体的体积分数 由由由状态方程有状态方程有3、摩尔分数、摩尔分数 混合气体总摩尔数混合气体总摩尔数 第第i种组成气体的摩尔分数种组成气体的摩尔分数 三、理想混合气体的千摩尔质量和气体常数三、理想混合气体的千摩尔质量和气体常数 四、理想混合气体的比热容、热力学能、焓和熵四、理想混合气体的比热容、热力学能、焓和熵 1、质量比热容、质量

5、比热容 混合物的性质与各种混合物的性质以及各组元在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。整个混合物中所占的份额有关。2、热力学能、焓和熵、热力学能、焓和熵 理想混合气体的热力学能理想混合气体的热力学能 理想混合气体的焓和比焓理想混合气体的焓和比焓 理想混合气体的熵和比熵理想混合气体的熵和比熵*熵不仅与温度有关，而且还与压力有关。因为温度为熵不仅与温度有关，而且还与压力有关。因为温度为T的的组成气体单独存在于体积组成气体单独存在于体积V中，其分压力为中，其分压力为Pi，所以计算组成所以计算组成气体比熵的变化量时应采用其分压力气体比熵的变化量时应采用其分压力Pi，而

6、不是理想混合气而不是理想混合气体的压力体的压力P，即即例例7-1（P87）某轮烟囱每秒排出绝对压力为某轮烟囱每秒排出绝对压力为0.11Mpa、温度为温度为300的烟气的烟气60m3，由烟气分析器测得烟气的摩尔分数如下所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。示，试求每秒排出烟气的质量以及各组成气体的质量。解：解：根据理想气体状态方程，先求出烟气的总摩尔数根据理想气体状态方程，先求出烟气的总摩尔数第二节第二节 湿空气湿空气一、干空气和湿空气一、干空气和湿空气 含水蒸汽的空气称为含水蒸汽的空气称为湿空气湿空气湿空气湿空气。完全不含有水蒸汽的。完全不含有水

7、蒸汽的空气称为空气称为干空气干空气干空气干空气。湿空气是干空气与水蒸汽的混合物。干空气可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视为理想气体,而存在于大气中的水蒸汽而存在于大气中的水蒸汽,由于其压由于其压力通常是很小的，所以它的比体积很大，分子间距力通常是很小的，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

8、成的混合气体而有所改变，这是与不凝结性气体组成的混合气体的不同之处。的不同之处。特殊处：特殊处：1、其中的水蒸气可当作理想气体；、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。、水蒸气的含量可能发生变化。根据道尔顿分压定律，湿空气压力根据道尔顿分压定律，湿空气压力(大气压力大气压力)Pa为干为干空气分压力；空气分压力；Pv为水蒸汽分压力。为水蒸汽分压力。二、湿空气的分类二、湿空气的分类未饱和空气未饱和空气未饱和空气未饱和空气饱和空气饱和空气饱和空气饱和空气干空气干空气+过热蒸汽过热蒸汽干空气干空气+饱和水蒸汽饱和水蒸汽pvTsPvPv PsPstTabbbaa湿空气中的水蒸气只可能

9、有两种状态湿空气中的水蒸气只可能有两种状态过热、干饱和蒸汽。过热、干饱和蒸汽。在在T-S图上，使未饱和空气中的图上，使未饱和空气中的水蒸气达到饱和状态可用以下水蒸气达到饱和状态可用以下两种方两种方法法：一种为一种为定温加湿定温加湿，即在一定温，即在一定温度下，增加空气中的水蒸气，湿空气度下，增加空气中的水蒸气，湿空气中水蒸气的分压力提高，水蒸气状态中水蒸气的分压力提高，水蒸气状态沿等温线沿等温线AS向左，直到向左，直到S点，湿点，湿空气达到饱和状态。空气达到饱和状态。第二种为第二种为定压降温定压降温。即湿空气。即湿空气中水蒸气的分压力不变，而降低湿空中水蒸气的分压力不变，而降低湿空气温度，水蒸

10、气状态沿气温度，水蒸气状态沿pv 等压线等压线AC左下行，直到左下行，直到B点，湿空气达到饱点，湿空气达到饱和状态。和状态。B点称为露点，点称为露点，B点对应的点对应的温度，即温度，即pv对应的饱和温度对应的饱和温度Td，称，称为露点温度。湿度大，日夜温差大的为露点温度。湿度大，日夜温差大的夏天清晨结露水，就是如此，露点由夏天清晨结露水，就是如此，露点由此而得名。此而得名。AB露点是湿空气的一个重要状态参数。露点是湿空气的一个重要状态参数。在在空气调节空气调节空气调节空气调节中中,为了减少湿空气中水蒸汽的含量为了减少湿空气中水蒸汽的含量,可设法使可设法使湿空气冷却到温度低于露点湿空气冷却到温度

11、低于露点,水蒸汽便以水滴形式析出。水蒸汽便以水滴形式析出。露点对露点对柴油机的低温腐蚀柴油机的低温腐蚀柴油机的低温腐蚀柴油机的低温腐蚀以及锅炉的运行管理有较大的影以及锅炉的运行管理有较大的影响。响。锅炉尾部的受热面以及空气预热器的堵灰和腐蚀锅炉尾部的受热面以及空气预热器的堵灰和腐蚀锅炉尾部的受热面以及空气预热器的堵灰和腐蚀锅炉尾部的受热面以及空气预热器的堵灰和腐蚀,就是由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。一旦出现结露之故。一旦出现结露,如果水蒸汽和二氧化硫气体凝结如果水蒸汽和二氧化硫气体凝结,在受热在受热面上

12、将形成硫酸、就会造成严重腐蚀。防止堵灰和腐蚀的主要面上将形成硫酸、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。原则是设法避免烟气中的水蒸汽结露。三、湿空气的湿度三、湿空气的湿度1.1.1.1.含湿量含湿量含湿量含湿量 一定容积的湿空气中水蒸汽质量与干空气质量一定容积的湿空气中水蒸汽质量与干空气质量之比之比,称为湿空气的称为湿空气的“含湿量含湿量”,用用表示表示,其单位为其单位为g g水蒸汽水蒸汽kgkg干空气。干空气。含湿量不是以含湿量不是以1kg1kg湿空气为计算的基准湿空气为计算的基准,而是以而是以1kg1kg干空气干空气作为计算的基准的。作为计算的基准的。含湿

13、量含湿量理解为与理解为与1kg1kg干空气相混合的水蒸汽质干空气相混合的水蒸汽质量。即在（量。即在（1+0.001d1+0.001d）kgkg湿空气中含有湿空气中含有克水蒸汽。克水蒸汽。上式中：上式中：由于湿空气可视为理想气体由于湿空气可视为理想气体,对水蒸汽和干空气分别有对水蒸汽和干空气分别有 由上式可见由上式可见,当当p pb b一定时一定时,湿空气的含湿量湿空气的含湿量与水蒸汽与水蒸汽分压力分压力p pv v之间有着一一对应的关系之间有着一一对应的关系,因此因此,当当当当p p p pb b b b一定时一定时一定时一定时,对对对对湿空气加热或冷却湿空气加热或冷却湿空气加热或冷却湿空气加

14、热或冷却,如如如如保持不变保持不变保持不变保持不变,则则则则p p p pv v v v不变。不变。不变。不变。2 2 2 2、相对湿度、相对湿度、相对湿度、相对湿度 湿空气中水蒸汽分压力与湿空气温度下水蒸汽饱湿空气中水蒸汽分压力与湿空气温度下水蒸汽饱和压力之比和压力之比,称为称为“相对湿度相对湿度”,用用 表示表示,即即 当当 1 1，p pv vp ps s ,这时湿空气中水蒸汽为饱和蒸汽这时湿空气中水蒸汽为饱和蒸汽,即即 1 1的湿空气为的湿空气为饱和空气饱和空气；当当 1 1，p pv v p ps s ,这时湿空气中水蒸汽为过热这时湿空气中水蒸汽为过热蒸汽蒸汽,即即 1 1的湿空气为

15、的湿空气为未饱和空气未饱和空气；当当 0 0，p pv v 0,0,这是不含有水蒸汽的情况这是不含有水蒸汽的情况,因此因此可将可将干空气干空气视为视为 0 0的的“湿湿”空气。空气。可见可见,不论湿空气温度如何不论湿空气温度如何,相对湿度相对湿度 表述了湿空气接近表述了湿空气接近饱和空气的程度。饱和空气的程度。通常所谓空气的干湿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；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相对湿度与蒸发速率直接有关:值愈大值愈大,蒸发速率愈小。蒸发速率愈小。3.3.3.3.含湿量与相对湿度之间的关系含湿量与相对湿度之间的关系含湿量与相对湿度之间的

16、关系含湿量与相对湿度之间的关系四、湿空气的焓四、湿空气的焓 1kg1kg干空气的比焓与干空气的比焓与0.0010.001kgkg水蒸汽焓的和水蒸汽焓的和,称为称为“湿空湿空气的比焓气的比焓”,用符号表示。用符号表示。00时干空气的焓为零，温度时干空气的焓为零，温度t t时干空气的焓为时干空气的焓为0 时水蒸气的焓为时水蒸气的焓为温度温度t t时水蒸气的焓为时水蒸气的焓为以以1kg干空气为基准的湿空气的比焓为干空气为基准的湿空气的比焓为第三节第三节 湿空气的湿空气的-图图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的关系曲线6.热湿比线=100%在最下方在最下

17、方热热 湿湿 比比 线线用来表示湿空气变化过程的特征和进行的方向第四节第四节 湿空气的典型过程湿空气的典型过程一、空调装置工作概况一、空调装置工作概况二、湿空气的几种典型过程二、湿空气的几种典型过程1.1.1.1.绝热混合过程绝热混合过程绝热混合过程绝热混合过程即即点点3位于位于1、2两点连线上两点连线上d2d3d1hd=100%1232 2 2 2、湿空气的加热过程、湿空气的加热过程、湿空气的加热过程、湿空气的加热过程 湿空气经过加湿空气经过加热器被定压加热时热器被定压加热时,由于其中的水蒸汽由于其中的水蒸汽质量未变质量未变,所以这所以这一过程称为定含湿一过程称为定含湿量过程，而且湿空量过程

18、，而且湿空气中水蒸汽的分压气中水蒸汽的分压力和露点都不变力和露点都不变。、湿空气的冷却过程、湿空气的冷却过程、湿空气的冷却过程、湿空气的冷却过程分两种情况：分两种情况：v若冷却器壁面温度高若冷却器壁面温度高于该湿空气的露点温于该湿空气的露点温度，度，1 12 2v若冷却器壁面温度低若冷却器壁面温度低于该湿空气的露点温于该湿空气的露点温度，度，1 12 23 34 4.加湿过程加湿过程加湿过程加湿过程分两种情况：分两种情况：.喷水加湿过程喷水加湿过程 工程上可近似地把喷水加湿过程按定焓过程处理，1 12 2。.喷蒸汽加湿过程喷蒸汽加湿过程 工程上可近似把喷蒸汽加湿过程按定温过程处理，1 13 3

19、。干球温度、湿球温度干球温度、湿球温度 在湿空气过程的分析和计算中，通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，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，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，干的吸液芯包裹。当空气流过时，干球温度计指示出空气温度球温度计指示出空气温度T，或称干，或称干球温度，而湿球温度计反

20、映的是吸球温度，而湿球温度计反映的是吸液芯中水的温度，这个温度值称为液芯中水的温度，这个温度值称为湿球温度，用湿球温度，用tw表示。如果空气是未表示。如果空气是未饱和的，吸液芯中的水将向空气蒸饱和的，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，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，从而阻止水温的不断下降。这样，在达到平衡时，湿球温度在达到平衡时，湿球温度tw总是低于总是低于干球温度，但比空气的露点温度干球温度，但比空气的露点温度td高。高。作业作业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)