1、第五章混合气体和湿空气第一节混 合 气 体一、混合气体的概念工程中实际应用的气体往往不是单一成分的，而是由几种不同的气体组成的混合物。如空气调节中的湿空气主要是由干空气和水蒸气所组成的，是混合气体。由于混合气体的各组分都远离液体状态，并且相互间不发生化学反应，因此工程上常将混合气体看成理想气体。二、混合气体的分压力混合气体的各组分均匀分布在整个容器中，而且具有相同的温度，系统所呈现的压力是混合气体的总压力，如图5-1a所示。所谓混合气体的分压力是假定混合气体中各组分气体单独存在，并具有混合气体相同的温度及容积时，给予容器壁的压力，如图5-1b、c所示。根据道尔顿分压定律可知：混合气体的总压力应
2、等于各组分气体分压力之和，即二、混合气体的分压力图5-1混合气体的分压力与容积三、混合气体的分容积一定量混合气体放置于容器内所具有的容积称为混合气体的容积或总容积，如图5-1a所示。所谓混合气体分容积，则是假定混合气体中每一组分单独存在，并保持与混合气体相同的温度和压力时所占有的容积，如图5-1d、e所示。根据理想气体性质，由图5-1b、d可列出理想气体状态方程式若由n种气体组成，则四、混合气体的组成成分1.质量成分混合气体中某一组分气体的质量与混合气体总质量之比称为质量成分，或质量百分数，用符号g表示，即2.容积成分混合气体中各组分分容积与混合气体总容积的比值称为容积成分，或容积百分数，用符
3、号r表示，即3.摩尔成分混合气体中各组分的物质的量与混合气体总物质的量的比值称为摩尔成分或摩尔百分数，用符号x表示，即五、混合气体的相对分子质量与气体常数 混合气体是多种气体的混合物，无固定的分子式，也没有相对分子质量。但是为了计算方便，把混合气体看做理想的单一组分气体，由此可得出混合气体的相对分子质量和气体常数。若气体是由n种气体混合而成，则有混合气体相对分子质量为 已知混合气体相对分子质量M，就可求得混合气体的气体常数J/(kgK)为第二节湿空气的热力性质一、湿空气的组成(一)干空气干空气是由氮、氧及稀有气体（氢、氖、氩、氦）组成的混合物，其组成成分见表5-1干空气的组成成分(二)水蒸气水
4、蒸气在空气中的含量不是固定的，自然界中的空气都含有一些水蒸气，因此，自然界中的空气都是湿空气。绝对的干空气是不存在的。空调工程中所研究的空气都是湿空气。二、湿空气的状态参数(一)压力1.大气压力 地球表面的空气层在单位面积上所形成的压力即为大气压力，通常用pb或B来表示。大气压力通常不是定值，它随海拔不同而存在差异。通常以北纬45处海平面的全年平均气压作为一个标准大气压力，其数值为101325Pa。海拔越高的地方，大气压力越低。2.水蒸气分压力 根据道尔顿分压定律，湿空气的总压力p应该等于干空气的分压力pa与水蒸气的分压力pv之和，即二、湿空气的状态参数(二)温度 温度是描述空气冷热程度的物理
5、量。由于混合气体具有相同的温度，所以湿空气的温度与组成它的干空气的温度和水蒸气的温度均相同，即二、湿空气的状态参数(三)湿度1.绝对湿度 绝对湿度即每立方米空气中含有水蒸气的质量，也就是湿空气中水蒸气的密度。用符号v表示，单位为kg/m3，即2.相对湿度 相对湿度即空气的绝对湿度v与同温度下饱和空气的绝对湿度vs的比值，用符号表示。相对湿度一般用百分比表示，即二、湿空气的状态参数(四)含湿量 湿空气的含湿量是指湿空气中含有水蒸气的质量mv与干空气的质量ma的比值，也可看做是1kg干空气所对应的水蒸气的质量，用符号d表示，单位是g/kg干空气（或kg/kg干空气），即(五)湿空气的密度和比体积
6、由于湿空气是干空气与水蒸气的混合气体，两者均匀混合并占有相同的体积。因此，湿空气的密度等于干空气的密度和水蒸气的密度之和。二、湿空气的状态参数(六)湿空气的焓湿空气的焓是指1kg干空气和它所对应的水蒸气的焓总和。用h来表示，单位是kJ/kg。计算公式为(七)露点温度 当含湿量保持不变时，湿空气达到饱和状态的温度，称为露点温度，用符号tl来表示。它与pv或d有关。当大气压力不变时，空气的露点温度只取决于空气的含湿量。第三节湿空气的焓湿图及其应用一、焓湿图的构成图5-2空气的焓湿图 焓湿(h-d)图是以比焓为纵坐标，含湿量为横坐标，在一定大气压力下绘制成的。为了使图面开阔，规定两坐标轴之间夹角为1
7、35，如图5-2所示。不同大气压力下有不同的焓湿图，使用时应注意h-d图是否与当地大气压力相适应。二、焓湿图上的等参数线(一)等含湿量线(d)等含湿量线是一系列与纵坐标平行的直线，从d=0开始自左向右逐渐增加。(二)等焓线(h)为了使图面开阔，等焓线为一系列与纵坐标成135夹角的平行线。通过含湿量d=0及温度t=0交点的等焓线，比焓h=0，向上为正值，向下为负值，自下而上逐渐增加。(三)等温度线(t)等温度线是一系列看似平行实际不平行的直线，t=0以上的温度线是正值，以下为负值，且自下而上逐渐增加。二、焓湿图上的等参数线(四)等相对湿度线()等相对湿度线是一系列向上凸的曲线。当d=0时，=0%
8、的等相对湿度线与纵坐标重合。从左到右，值随d值增加而增加，=100%的等相对湿度线称为饱和曲线，该线将焓湿图分成两个部分：上部是未饱和空气，下部是过饱和空气，线上各点是饱和空气。在过饱和区，水蒸气凝结成雾状，又称为“雾区”。(五)水蒸气分压力线(pv)根据公式d=622/-，可知水蒸气分压力大小只取决于含湿量d。因此可在含湿量轴上方设一水平线，在d值上标出对应的pv值。二、焓湿图上的等参数线(六)热湿比线()在空调过程中，被处理空气常由一个状态变为另一个状态，为了表示变化过程进行的方向与特性，图上还有热湿比线。热湿比（，kJ/kg）即空气变化过程中焓值的变化量与含湿量变化量的比值。三、焓湿图的
9、应用(一)湿空气状态参数的确定 从图5 3中看到，将空气降温冷却到饱和线上（这是一个极限点）以后，如果再继续降温冷却，由于空气的相对湿度不能大于100%，这时空气的水蒸气将会有一部分凝结成水，可见l点的温度就是该空气的露点温度。图5 3表明，含湿量不变，露点温度也不变。图5-3降温冷却h-d图三、焓湿图的应用图5-4例5-1的h-d图例5-1求状态为=60%，t=26空气的露点温度(大气压力pb=101325Pa)。解大气压力为101325Pa的焓湿图如图5-4所示。三、焓湿图的应用(二)干球温度与湿球温度 图5 5所示为由两只水银温度计组成的干湿球温度计。其中，不包纱布的温度计是干球温度计，
10、读数就是湿空气的温度t。另一支温度计用湿纱布包起来，置于通风良好的湿空气中，当达到热湿平衡时，读数是湿球温度，用tw来表示。图5-5干湿球温度计三、焓湿图的应用图5-6例5-2图例5-2已知大气压力为101325Pa，湿空气温度t=25，相对湿度=60%，求湿球温度tW。解由t=25，=60%，在h-d图上确定点1(图5-6)，过1点作等焓线与=100%线相交于点2，查得湿球温度为四、大气压力对焓湿图的影响图5-7变化时的变化附图C-7给出的焓湿图是以标准大气压力pb=101325Pa作出的，若某地区的海拔与海平面有较大差别时，使用此图会产生误差。因此，不同地区应使用符合本地区大气压力的焓湿图
11、。当缺少这种焓湿图时，简便易行的方法是利用标准大气压的焓湿图加以修改。第四节湿空气的基本热力过程一、热湿比的意义 为了说明空气的热湿状态变化过程，在焓湿图的周边或右下角还会给出热湿比(或称角系数)线。若焓湿图上有A、B两状态点，如图5-8所示，被处理的空气由状态A变为状态B，整个过程中，可视为空气的热、湿变化是同时、均匀发生的，那么，由A到B的直线即代表了空气状态的变化过程线，其热湿比为 总空气量G所得到(或失去)的热量Q和湿量W的比值，与相应1kg空气的完全一致，因此又可写成二、基本热力过程(一)等湿加热、冷却过程 利用表面式加热器、电加热器等设备处理空气时，空气通过加热器时获得了热量，温度
12、升高，但含湿量并没有变化。因此状态变化是等湿增焓升温过程，在图5 10中过程线为B。等湿加热过程中，dA=dB，hBhA，故其热湿比为图5-8空气状态变化在焓湿图上的表示二、基本热力过程图5-9用线确定空气状态二、基本热力过程(二)等焓加湿、减湿过程 以固体吸湿剂（如硅胶）处理空气时，水蒸气被吸附，空气的含湿量降低，空气失掉潜热，而得到水蒸气凝结时放出的汽化热使其温度升高，但是焓值基本没变，空气近似按照等焓减湿升温过程变化。如图5 10中AD所示，为图5-10几种典型的湿空气状态变化过程 利用喷水室处理空气时，水吸收空气的热量而蒸发为水蒸气，空气失掉显热热量，温度降低，水蒸气到空气中使含湿量增
13、加，潜热也增加。由于空气失掉显热，得到潜热，因此空气的焓值基本不变，所以称此过程为等焓加湿过程。此时，水的温度将稳定在空气的湿球温度上，如图5-10中AE所示。由于状态变化前后空气焓值相等，因此为二、基本热力过程(三)等温加湿过程 向空气中喷蒸气可以实现湿空气的等温加湿过程，如图5 10中AF所示。空气中的水蒸气量增加后，其焓值和含湿量都增加，焓的增加值为加入蒸气的全热量，即(四)减湿冷却过程 利用表面式冷却器处理空气，当表面式冷却器的表面温度低于空气的露点温度时，空气中的水蒸气将凝结为水，从而使得空气减湿，变化过程为减湿冷却，如图5 10中AG所示，空气的焓值及含湿量都减少，故此过程的为表5
14、-2焓湿图的四个象限二、基本热力过程(五)两种空气的混合空气调节系统的计算中常见两种状态的空气混合的情形。例如，为了节省冷量或热量提高系统的经济性所使用的回风系统，使部分循环空气与新风相混合，经处理后送入空调房间。二、基本热力过程例5-3相对湿度1=80%，温度t1=31的湿空气(空气质量流量为600kg/s)与相对湿度2=60%，温度t2=22的湿空气(空气质量流量为150kg/s)相混合，试求混合后的湿空气状态参数hC、dC。图5-11例5-3图二、基本热力过程图5-12雾区的空气状态解由1=80%、t1=31及2=60%、t2=22，在湿空气h-d图上确定状态点1及状态点2，连接1、2，如图5-11所示。
