工程热力学：第8章 理想混合气体和湿空气-

第八章理想混合气体和湿空气

Gasmixturesand

AtmosphericAir

本章学习内容：重点掌握：湿空气的概念湿空气的状态参数湿空气的焓湿图(h-d

图)湿空气的过程及工程应用一、理想混合气体二、湿空气1工程热力学8–1理想混合气体

工程上常遇到的工质往往是由多种气体构成的混合物，如燃气、烟气等。

假设各组元之间无化学反应、无物理作用，相互独立，互不影响，混合气体的性质取决于各组成气体的性质和成分，各组成气体均具有理想气体的性质，混合物也具有理想气体的一切特性。2工程热力学

1.分压力和道尔顿定律

1)分压力pi

定义：在混合气体的温度下，某种组成气体单独占有混合气体体积时所具有的压力为该组成气体的分压力。

是组成气体在混合气体中的实际压力。

2)道尔顿定律分压力定律

理想混合气体的压力等于各组成气体分压力之和。

p=∑pi

一、混合气体的分压力定律和分容积定律3工程热力学

2.分体积和亚玛格分体积定律

1)分体积Vi

定义：具有和混合气体相同的T、p

，组成气体单独存在时所占有的体积称为组成气体的分体积。不代表组元真实存在的体积。

2)亚玛格分体积定律

理想混合气体的总体积等于各组成气体分体积之和。

V

=∑Vi4工程热力学

二、混合气体的成分（分数）

某组成气体的含量与混合气体的总量的比值称为该组成气体的成分。

质量分数wi=mi/m

∑wi

=1

摩尔分数xi=ni/n

∑xi

=1

体积分数

φi=Vi/V∑φi

=1

体积分数与摩尔分数数值相等。5工程热力学各成分之间的换算关系6工程热力学分压力和总压力的关系7工程热力学平均摩尔质量(折合摩尔质量)平均气体常数(折合气体常数)利用成分求混合气体的M

和Rg8工程热力学三、混合气体的比热容、热力学能、焓和熵1.热力学能和焓

U=∑Ui

mu=∑miuiu=∑wiui

H=∑Hih=∑wihi2.比热容

cV=du/dT=∑wi

cVi

cp=dh/dT=∑wi

cpi

总参数具有加和性，比参数具有加权性。9工程热力学

3.混合气体的熵

混合气体的熵等于各组成气体的熵之和，各组成气体的熵等于在同样温度T时，单独存在于同一体积V中的熵值。

S=∑Si(T,pi)=ms

比熵

s=∑wisi

dsi=cpidT/T-Rgidpi/pi

ds=∑widsi

Δs=∑wi[cpiln(T2/T1)-Rgiln(pi2/pi1)]

混合熵增的计算10工程热力学8-2湿空气含有水蒸气的空气称为湿空气；完全不含水蒸气的空气称为干空气

湿空气=干空气+水蒸气湿空气中水蒸气的含量很少，分压力很低，一般处于过热状态，可视为理想气体。一、湿空气的概念

11工程热力学湿空气可看作由干空气与水蒸气这两个组元所组成的理想混合气体。干空气的成分比较稳定，而湿空气中的水蒸气在自然界大气中的含量会有不同，而在干燥过程、空气调节等这些工程过程中则变化更大。我们研究的湿空气的特点:

湿空气中的水蒸气的含量发生变化。12工程热力学1、未饱和湿空气未饱和湿空气和饱和湿空气干空气＋过热水蒸气pv

<ps(T)

Tspvps未饱和空气具有吸湿能力，即它能容纳更多的水蒸气T13工程热力学2、饱和湿空气干空气＋饱和水蒸气pv

＝ps(T)

Tsps饱和湿空气不再具有吸湿能力，如再加入水蒸气，就会凝结出水来。14工程热力学从未饱和到饱和的途径Tspvps1.定温加水蒸气pvab

3.

pv

不变，Tdc

2.

pv

，T15工程热力学二、湿空气的状态参数

1.压力

湿空气的总压力等于水蒸气的分压力与干空气分压力之和。若为大气则湿空气的总压力为大气压。水蒸气分压力越大，表示湿空气中所含的水蒸气越多。16工程热力学2.温度

干球温度

指用普通温度计（又称干球温度计）测得的温度，就是湿空气的温度t。

露点温度(露点)

在保持湿空气中水蒸气分压力不变的条件下，降低湿空气温度，使其达到饱和状态，相应的温度叫湿空气的露点温度td

，即对应于水蒸气分压力下的饱和温度。

td=f(pv

)

。17工程热力学在绝热条件下对湿空气加入水分，并尽其蒸发而使湿空气达到饱和状态时所对应的温度。实验表明，湿空气的绝热饱和温度近似等于湿球温度

tw。往往通过测量湿球温度得到绝热饱和温度。湿球温度是指用湿纱布包裹的湿球温度计测得的温度。绝热饱和温度18工程热力学干湿球温度计由于水蒸发时吸收热量，从而使贴近湿纱布周围的一层空气的温度降低。当温度降低到一定程度时，外界传入纱布的热量正好等于水蒸发需要的热量，这时温度维持不变，这就是湿球温度tw

空气的相对湿度愈小，水蒸发得愈快，湿球温度比干球温度就低得愈多。19工程热力学

干球温度、湿球温度、露点温度三个温度之间的关系

t=tw=tdTstwtdtt>tw>td未饱和湿空气饱和湿空气20工程热力学21工程热力学3.湿度－表示湿空气中水蒸气的含量

绝对湿度单位体积（1m3）湿空气中所含的水蒸气的质量kg水蒸气/m3湿空气饱和湿空气

有3种表示方法—绝对湿度、相对湿度、含湿量22工程热力学

绝对湿度的大小不能完全说明空气的干燥程度和吸湿能力同样的绝对湿度，空气的温度较高时，则该温度所对应的饱和压力及饱和水蒸气密度都较高，湿空气中的水蒸气还没有达到饱和压力和饱和密度，因而这时的空气还具有较强的吸湿能力。如果空气温度较低，则该温度所对应的饱和压力和饱和水蒸气的密度都比较低，绝对湿度接近饱和湿度，吸湿能力较小，空气潮湿。23工程热力学

相对湿度湿空气的水蒸气分压力与同温度下水蒸气饱和压力之比。24工程热力学＝

1

饱和湿空气

＝0干空气

0<<1未饱和湿空气

越潮湿，吸湿能力低

相对湿度反映湿空气中水蒸气的实际含量接近最大可能含量的程度，可以说明湿空气的干湿程度及吸湿能力。25工程热力学含湿量湿空气中干空气的量不变，以此为计算基准

kg水蒸气/kg干空气定义含湿量—单位质量干空气中含有水蒸气的质量26工程热力学当湿空气总压力一定时，含湿量只取决于水蒸气的分压力，并随其提高而增大。因此含湿量与水蒸气的分压力不是互相独立的参数。27工程热力学4.湿空气的焓湿空气的比焓是相对于单位质量的干空气而言的。28工程热力学工程上，取0℃时干空气的焓水蒸气的焓温度t下饱和水的焓h=0ha=0干空气的焓29工程热力学5.湿空气的比体积湿空气的比体积也以单位质量干空气为基准。30工程热力学三、湿空气的焓湿图

将湿空气的状态参数绘制成专用的焓湿（h-d）图。它不仅可表示湿空气的状态，确定状态参数，而且可方便地表示湿空气的状态变化过程，是工程计算的一种非常重要的工具。注意

湿空气的h-d图，是在一定的压力下绘制的。31工程热力学焓湿图中的等值线（1）定含湿量线（d=定值）（2）定焓线（h=定值）（3）定干球温度线（t=常数）（4）定相对湿度线（φ=定值）（5）定比体积线（v=定值）（6）水蒸气压力pv与焓湿量d的换算关系线32工程热力学33工程热力学

利用焓湿图确定湿空气的状态参数

例题:

当地当时大气压力为0.1MPa，空气温度为30℃，相对湿度为60%,试分别用解析法和焓湿图求湿空气的露点，含湿量d，水蒸气分压力pv

及焓h。34工程热力学四、湿空气过程和工程应用1.加热（或冷却）过程定湿加热：加热或冷却过程温度升高，焓值增加，相对湿度变小。湿空气吸收的热量等于焓差。定湿冷却：35工程热力学2.绝热加湿过程在绝热条件下向湿空气喷水，可近似看作定焓过程，吸收水分温度降低，含湿量增大。绝热加湿过程36工程热力学

3.冷却去湿

对饱和湿空气冷却会析出水分，含湿量减少，温度降低、焓减小。

d2d1d

冷却去湿过程37工程热力学冷却塔工作原理冷水出口38工程热力学工程应用：①物料干燥问题

给定湿空气的t1，p1，φ1，t2，t3确定吸收1kg水分所需的干空气质量；加热所需的热量。39工程热力学3

Φ