理想气体混合物与湿空气

1、第二部分 工质的热力性质第七章 理想气体混合物与湿空气 本章提要: 本章讲述理想气体混合物的性质，给出了理想气体混合物的热力学能、焓、比热容和熵的计算方法。介绍了湿空气的特性以及工程上常见的湿空气过程，举例说明了湿空气过程的具体分析计算。1第二部分 工质的热力性质第七章 理想气体混合物与湿空气 本章要求:1 理解混合物的成分、摩尔质量和气体常数的定义及相互关系，掌握质量成分和摩尔成分的换算方法。2掌握理想气体混合物的热力学能、焓、比热容和熵的计算方法，理解分压力、分容积的定义及特性。3理解湿空气的特点以及描述湿空气的参数和概念，了解干湿球温度计的特点。4知道工程上常见的湿空气过程的特点，能灵活

2、应用焓湿图对常见的湿空气过程过程进行分析、计算和研究。2第七章 理想气体混合物与湿空气 混合物是由化学结构不同的多种单元物质组成的集合体，其中每一种单元物质称为一种组元。混合物是多元系。工程中，混合物有广泛的应用。例如，锅炉中的烟气，燃气轮机和内燃机的燃气，都是由不同气体组成的混合气体。空节设备中的空气调节，冷却水塔中的水冷却。化学工程中遇到的混合物及其过程，更多。混合物的热力性质与其组成有关，即与其包含的各种组元的性质，以及它们在混合物中所占的数量比率(分数)有关。研究这种关系是研究混合物性质的主要内容。混合物的组成是变化无穷的，其性质也是多种多样的，因而混合物性质的研究是热力学的一个相当广

3、阔的研究领域。理想气体混合物中的各组元气体以及混合物整体，都遵循理想气体状态方程式，都具有理想气体的一切特性。371 混合物的成分及气体常数 混合物中各组元的份量叫做混合物的成分。常用的表示方法有质量成分、摩尔成分等。 一 质量分数第i种组元的质量分数wi就是该组元的质量mi与混合物的总质量m之比值二 摩尔分数第i种组元物质的量ni与混合物质的量n之比值，称为该组元的摩尔分数，用xi表示 471 混合物的成分及气体常数 三 混合物的摩尔质量混合物的总质量与其物质的量的比是混合物的摩尔质量，用符号M表示 四 混合物的气体常数 摩尔气体常数R与混合物的摩尔质量M的比值是混合物的气体常数Rg 571

4、 混合物的成分及气体常数 五 换算关系 同一混合物的摩尔分数与质量分数不同，这是由各组分的摩尔质量不同引起的 672 分压定律与分容积定律 一 分压力与分压定律 当混合气体中第i种组元气体(ni摩尔)单独占有与混合物相同的容积V，并处于与混合物相同的温度T时，所呈现的压力叫做该组元的分压力，用pi表示理想气体混合物的总压力p等于各组元气体分压力pi之总和。这个关系称为道尔顿分压定律772 分压定律与分容积定律 二 分体积与分体积定律 某一种组元(ni摩尔)单独存在，并处于混合物温度T和压力p时所占有的体积称为该组元的分体积，用Vi表示理想气体混合物的总体积等于各组元气体分体积之和。这个关系称为

5、分体积定律873 理想气体混合物有关参数的计算 理想气体的分子自身不占有体积，分子间无相互作用力。因此可以设想，在占有体积V、处于温度T的理想气体混合物中，任一种组元所处的状态不受其它组元存在的影响，而与它单独占有体积V，并处于温度T和各自的分压力pi时的状态是一样的理想气体混合物中每一种组元的参数（如热力学能及熵），可以按其作为单元物质时的参数计算混合物的热力学能及熵，按照它们的可加性分别是各组元热力学能及熵的总和973 理想气体混合物有关参数的计算 一 热力学能和焓的计算在一定温度下，理想气体混合物的热力学能、焓和比热容分别是各组元气体在同一温度下的热力学能、焓和比热容按成分的加权平均值。

6、在计算比参数时，按质量分数加权平均；在计算摩尔热力学能、摩尔焓、摩尔热容时，按摩尔分数加权平均 1073 理想气体混合物有关参数的计算 二 混合物熵的计算 理想气体熵不只是温度的函数，还与压力(或比体积)有关。1kg(或1mol)处于温度T、压力p的理想气体混合物，可设想成为其中各组元分别处于混合物温度T及各自的分压力pi的状态 。由于熵具有可加性，因此混合物的熵为各组元熵之和 注意，上式等号右端各组元气体的熵是在各自分压力pi下计算的，不要误为是混合物总压力p下的计算值11 73 理想气体混合物有关参数的计算 12 73 理想气体混合物有关参数的计算 13 73 理想气体混合物有关参数的计算

7、 14 74 湿空气及其状态参数 一 湿空气的特点 湿空气是指干空气与水蒸气的混合物湿空气的特点蒸汽在一定条件下将发生集态的变化假定： (1) 把气相混合物看作是理想气体混合物，即无论是其中的干空气或水蒸气，或混合物整体，均按理想气体性质计算； (2) 当蒸汽凝结成液相或固相时，液相或固相中不包含溶解的空气； (3) 空气的存在，不影响蒸汽与其凝聚相之间的相平衡。15 74 湿空气及其状态参数 二 描述湿空气的参数 脚标“v”表示该参数属于水蒸气，“a”表示属于干空气，“s”表示是水蒸气的饱和参数，不加脚标的量表示属于整个湿空气1 绝对湿度 在一定温度下，湿空气中水蒸气的分压力愈高，其绝对湿度

8、愈大。 2 相对湿度 相对湿度的数值在0100%的范围内16 74 湿空气及其状态参数 二 描述湿空气的参数 3 饱和蒸汽压ps和露点温度Td 在绝热的条件下向湿空气加入水分并尽其蒸发，也可使空气达到饱和空气状态，如图中1-w 线所示。这样达到的饱和状态称为绝热饱和状态，相应的温度称为绝热饱和温度。17 74 湿空气及其状态参数 二 描述湿空气的参数 4 含湿量d5湿空气的焓考虑到湿空气中水蒸气的质量经常变化的，而干空气的质量是稳定的，所以湿空气的比焓h是相对于单位质量的干空气而言的18 75 干湿球温度计1 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方法2 湿空气的湿球温度与绝热

9、饱和温度数值很接近 1976 焓湿 图 一 定含湿量d，定蒸汽分压力pv，定露点温度td二 定焓h、定湿球温度tw三 定干球温度t四 定相对湿度各组线簇 2076 焓湿 图 一 定含湿量线簇：定d 线是一垂直线定d 线也就是定pv线垂直线簇又是定td线簇2176 焓湿 图 二 定焓线簇：定h 线作为定tw线2276 焓湿 图 三定温(干球温度)线：定温线是一组斜率为正的斜直线。随着温度值的增大，斜率亦逐渐增大 2376 焓湿 图三定相对湿度线：饱和空气的干球湿度t、湿球温度tw和露点温度td是同一个数值 2476 焓湿 图四焓湿 图使用已知： t36 相对湿度20确定：含湿量d，蒸汽分压力pv，露点温度td焓h、湿球温度tw2577 湿空气过程 焓变化量与含湿量变化量的比值称为热湿变化比，用e 表示一 加热或冷却过程 q = h1 - h22677 湿空气过程 焓变化量与含湿量变化量的比值称为热湿变化比，用e 表示二 绝热加湿 又称为蒸发冷却过程 2777 湿空气过