工程热力学课件：第十二章.ppt

1、第十二章第十二章 理想气体混合物及湿空气理想气体混合物及湿空气 Ideal-Gas Mixtures and Wet Air本章主要内容本章主要内容 混合气体成分描写混合气体成分描写 分压定律和分容积定律分压定律和分容积定律混合物参数计算混合物参数计算湿空气湿空气 12-112-1理想气体混合物理想气体混合物 由无化学反应的理想气体组成的混合物由无化学反应的理想气体组成的混合物工程上作为工质的气体，都是由工程上作为工质的气体，都是由几种气体组成的混合物几种气体组成的混合物 。燃气轮机中的燃气燃气轮机中的燃气空调工程中的湿空气空调工程中的湿空气水蒸气含量低，稀薄，当作理想气体水蒸气含量低，稀薄，

2、当作理想气体例：例：锅炉烟气，锅炉烟气， CO2, CO, H2O, N2 一、一、 分压定律和分容积定律分压定律和分容积定律p T Vp T Vp T Vp T V分压力分压力pi分压定律分压定律nRTpV p T Vp T Vp T Vp T V分压力分压力p iiiipnxpniipx piipx ppRTnVpii 分压定律分压定律道尔顿定律道尔顿定律理想气体混合物的压理想气体混合物的压力等于各组成气体分压力之和。力等于各组成气体分压力之和。压力是分子对管壁的作用力压力是分子对管壁的作用力 分压定律的物理意义分压定律的物理意义 混合气体对管壁的作用力是组元气体混合气体对管壁的作用力是组

3、元气体单独存在时的作用力之和单独存在时的作用力之和理想气体理想气体模型模型1. 分子之间没有作用力分子之间没有作用力 2. 分子本身不占容积分子本身不占容积 分压力状态是第分压力状态是第i 种组元气体种组元气体的实际存在状态的实际存在状态niinpppppp1321 分容积分容积混合物中的某种组成气体具有与混合物相同混合物中的某种组成气体具有与混合物相同的的温度和压力温度和压力而单独存在时所占有的容积。而单独存在时所占有的容积。 如混合物由如混合物由n种理想气体组成，各组成气体的状态可种理想气体组成，各组成气体的状态可由状态方程来描述。则第由状态方程来描述。则第i种气体的分容积可表示为：种气体

4、的分容积可表示为：pRTnVii于是，各组成气体分容积的总和为：于是，各组成气体分容积的总和为：VpRTnnpRTVniinii11即即：VVVVn21Vp,TV1VnV2p,Tp,Tp,TpV=nRT 分容积定律分容积定律 分容积定律分容积定律亚美格定律亚美格定律理想气体混合物的容积理想气体混合物的容积等于各组成气体分容积之和。等于各组成气体分容积之和。 注意：两定律适用于理想气体注意：两定律适用于理想气体二、混合气体的成分二、混合气体的成分 mmwii第第 i 种组元气体的种组元气体的质量成分质量成分：设混合气体由设混合气体由1, 2 , 3, i, k种气体组成种气体组成1231kiki

5、immmmmmm各组元质量各组元质量成分之和为成分之和为11mmmmwiii质量成分质量成分摩尔成分摩尔成分设混合气体由设混合气体由1, 2 , 3, i, k种气体组成种气体组成123iki1kinnnnnnn摩尔数摩尔数第第 i 种组元气体的种组元气体的摩尔成分：摩尔成分：iinxniii1nnxnn各组元摩尔各组元摩尔成分之和为成分之和为1容积成分容积成分iiixnnVVinRTpV p T Vp T Vp T Vp T V分容积分容积Vi容积成分容积成分摩尔成分摩尔成分iiVxVViiVxVRTnpVii 混合物组成气体分数各种混合物组成气体分数各种 表示法之间的关系表示法之间的关系n

6、npnRTpRTnVViiiiiix由由由由得得得得eqiiiinMMnmmwgieqgigieqgieqiiiRRRRxMMxw,RRMRMeqeqgii 而而 三、平均摩尔质量三、平均摩尔质量Meq和和 平均气体常数平均气体常数Rg,eqeqnMm eqeqgMRR,设混合气体的平均摩尔质量为设混合气体的平均摩尔质量为Meq，摩尔数，摩尔数为为n，则混合气体质量，则混合气体质量 iiiiimn MmMx Mnnn折合气体常数折合气体常数1、若已知摩尔成分、若已知摩尔成分 Meq ixiweqnMm 2、若已知质量成分、若已知质量成分 neqMmMmMmMm2211niiieqMwM11eq

7、eqgMRR,12-2 混合气体的参数计算混合气体的参数计算iniicwc1niiUU1质量，摩尔数，容积，压力，比热容，质量，摩尔数，容积，压力，比热容， 内能，焓，熵，内能，焓，熵，1、混合气体、混合气体比热容：比热容：等于各组成气体的质量等于各组成气体的质量分数与比热乘积的总合分数与比热乘积的总合2、混合气体、混合气体内能内能iniiuwu13、混合气体、混合气体焓焓12-2 12-2 混合气体的参数计算混合气体的参数计算niiUH1iniihwh1niiSS14、混合气体、混合气体熵熵iniisws1湿空气湿空气干空气干空气水蒸气水蒸气 湿空气：湿空气：含有水蒸气的空气含有水蒸气的空气

8、 12-3 12-3 湿空气湿空气 湿空气与一般理想混合气体的湿空气与一般理想混合气体的最大最大区别区别是水蒸气的成分可能变化。是水蒸气的成分可能变化。分压低分压低理想混合气体理想混合气体vappp完全不完全不含水蒸气的空气为干空气含水蒸气的空气为干空气一、对湿空气的几点假设一、对湿空气的几点假设l气相混合物作为理想气体混合物气相混合物作为理想气体混合物l干空气不影响水蒸气与凝聚相之间的相平衡干空气不影响水蒸气与凝聚相之间的相平衡l水蒸气凝结成液相或固相时，不含干空气水蒸气凝结成液相或固相时，不含干空气二、湿空气分类：二、湿空气分类：根据湿空气中水蒸气是否达到饱和状态根据湿空气中水蒸气是否达到

9、饱和状态 未饱和湿空气未饱和湿空气 饱和湿空气饱和湿空气水蒸气水蒸气过热蒸汽过热蒸汽饱和蒸汽饱和蒸汽 湿空气湿空气干空气干空气水蒸气水蒸气 vappp注意区分饱和湿空气与注意区分饱和湿空气与湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽1、未饱和湿空气未饱和湿空气干空气干空气过热过热水蒸气水蒸气C(T,ps)Cpspvpspv (T,pv)vappp2、饱和湿空气饱和湿空气干空气干空气饱和饱和水蒸气水蒸气（A点）点）(C点）点）三、结露和露点三、结露和露点Tspvps1、 T 加水蒸气加水蒸气pvaC3、 pv 不变，不变，Ta Ca BBG2、 pv ，Ta G4、 va DD结露结露B点温度点温度Td 称称 露点温

10、度露点温度从未饱和湿空气到饱和湿空气的途径从未饱和湿空气到饱和湿空气的途径T Td = Ts(pv)三、结露与露点三、结露与露点.湿润的夏天水管上常出现水珠湿润的夏天水管上常出现水珠? 冷水管冷水管t=20oCTsBpv=0.04bar大气温度大气温度t=30oCtd=28.98oCpv如何表征湿空气中所含水蒸气的量如何表征湿空气中所含水蒸气的量12-3 12-3 湿空气的状态参数湿空气的状态参数1、相对、相对湿度湿度 2、比湿度比湿度 含湿量含湿量d 绝对绝对湿度湿度:1m3湿空气中所含水蒸气的质量湿空气中所含水蒸气的质量 Vmvv但绝对但绝对湿度不能说明湿空湿度不能说明湿空气的潮湿程度和吸

11、湿能力气的潮湿程度和吸湿能力越湿润，吸水能力低越湿润，吸水能力低 一、相对湿度一、相对湿度 1 饱和湿空气饱和湿空气 svppvs0( )pp T在相同的温度下：在相同的温度下：相对湿度相对湿度 0 干空气干空气 0 1 未饱和湿空气未饱和湿空气 表明湿空气表明湿空气与与同温下饱和湿空气的偏离程度同温下饱和湿空气的偏离程度 反映所含水蒸气的饱和程度反映所含水蒸气的饱和程度 C(T,ps)pspv (T,pv)svpp二、二、含湿量含湿量 (比湿度）比湿度）ssvvavvgaagvagavgvavppppppppRpRpTRVpTRVpmmd622. 0622. 09 .461287,湿空气中干

12、空气的量总是不变，以此为计算基准湿空气中干空气的量总是不变，以此为计算基准 v amdm含湿量含湿量kg水蒸气水蒸气/kg干空气干空气ssvvppppppd622. 0622. 0含湿量与相对湿度的关系含湿量与相对湿度的关系 湿空气湿空气的焓的焓以单位质量干空气为基准以单位质量干空气为基准 是指是指含含1kg干空气的干空气的湿空气的焓。湿空气的焓。vvvaaaaam hm hHhhd hmmkJ/kg干空气干空气三、三、湿空气的比焓和比体积湿空气的比焓和比体积它等于它等于1kg干空气的干空气的焓焓+d kg水蒸气的焓的总和。水蒸气的焓的总和。v amdm含湿量含湿量湿空气的比体积湿空气的比体积

13、pTRdg 1aVvm它等于它等于1kg干空气干空气和和d kg水蒸气水蒸气 组成的湿空气的体积。组成的湿空气的体积。单位：单位：m3/kg干空气干空气pTRdpTRmmmmVvpRgTmmpTmRVTmRpVggavaavagg1v amdm12-512-5干、干、湿球温度及焓湿图湿球温度及焓湿图1、干球干球温度计温度计 干湿球温度计2、湿球湿球温度计温度计所测温度为湿空气所测温度为湿空气温度温度t测得测得湿空气湿空气湿球湿球温度温度tw干、湿球温度与相对湿度干、湿球温度与相对湿度 间有一定的关系间有一定的关系由干湿球温度查对比卡求出由干湿球温度查对比卡求出 12-5 12-5干、干、湿球温

14、度及焓湿图湿球温度及焓湿图由由 求出求出d3、焓湿图、焓湿图(h-d图）图）ssvvppppppd622. 0622. 0含湿量与相对湿度的关系含湿量与相对湿度的关系 空气温度湿空气焓湿图湿空气焓湿图第十二章第十二章 小结小结 2、掌握分压定律和分容积定律、掌握分压定律和分容积定律1、掌握理想混合气体及湿空气的基本概念、掌握理想混合气体及湿空气的基本概念 3、能用基本概念解释简单、能用基本概念解释简单 的物理现象的物理现象 思思 考考 l当相对湿度为当相对湿度为1时，干球温度、湿球温度及露时，干球温度、湿球温度及露点之间有什么关系？点之间有什么关系？l未饱和湿空气的干球温度、湿球温度及露点未饱和湿空气的干球温度、湿球温度及露点之间又是什么关系？之间又是什么关系？l为何阴雨天晒衣服不易干。而晴天则容易干？为何阴雨天晒衣服不易干。而晴天则容易干？l为何冬季人在室外呼出的气是白色雾状？为何冬季人在室外呼出的气是白色雾状？l为什么阴雨天气压低？为什么阴雨天气压低？ 本章结束本章结束