第六章 湿空气

第六章混合气体和湿空气§6-1混合气体的性质§6-2湿空气的性质§6-3湿空气的焓湿图§6-4湿空气的基本热力过程全水系统湿空气的概念

大气由一定量的干空气和一定量的水蒸气混合而成，我们称其为湿空气。

注意

空气环境内的空气成分和人们平时说的“空气”，实际是干空气加水蒸气，即湿空气。湿空气的组成湿空气=干空气+水蒸气干空气：CO2,O2,N2,微量气体，杂质等，空调中视为一个整体；水蒸气：含量很少，但影响很大，故含量的变化对湿空气状态变化的影响是研究的重点。所以需要知道混合气体因组分比例的变化而对其性质的影响.§6-1混合气体的性质一、混合气体由多种互不发生化学反应的理想气体组成的混合气体，同样具有理想气体的性质，满足理想气体状态方程。P2、V、TP1、V、TP、V、TP、V1、TP、V2、T二、理想气体的基本定律（1）分压力定律分压力：各组元气体单独占有混合气体体积V，并处于相同温度T时具有的压力，用pi表示。分压力定律：混合气体的总压力等于各组元气体的分压力之和。即证明：对于混合气体pV=mRgT各组元气体p1V=m1RgTp2V=m2RgT

……pkV=mkRgT将等式两边相加（p1+p2

…+pk）V=（m1+m2…+mk）RgT=mRgT=pV所以：p1+p2

…+pk=p（2）分体积定律分体积：各组分气体处于与混合气体相同温度T和压力p时单独占有的体积。用Vi表示。分体积定律：理想混合气体的总体积等于各组分的分体积之和。即

三、混合气体的成分及其换算关系1、混合气体的成分成分：组成气体在混合气体中所占的份额。表示方法：（1）质量分数：组元气体的质量mi与混合气体的总质量m的比。用gi表示。即则混合气体各组元的质量分数之和等于1。2）体积分数：各组元的分体积Vi与混合气体V的总体积的比。用ri表示。即则混合气体各组分的体积分数之和等于1。3）摩尔分数：组元气体的物质的量与混合气体的物质的量的比。用xi表示。即

则混合气体各组元的摩尔分数之和等于1。2、各成分间的关系：

ri、xi的换算关系对于某一组元pVi=niRT由状态方程表达式pV=nRT可见即ri=

xi理想气体的体积分数与其摩尔分数相等。所以混合气体的成分计算数值只有两个。xi

、gi的换算关系

即四、混合气体的平均摩尔质量和平均气体常数。上述公式中出现的M和Rg称为混合气体的平均摩尔质量和平均气体常数。1、根据体积分数或摩尔分数计算2、根据质量分数计算五、分压力的确定对于混合气体中的任一组分分别用分压力和分容积表示:pVi=miRgiTpiV=miRgiT可见：pVi=piV因此：六、混合气体的热容混合气体温度升高1K需要的热量等于各组元分别升高1K需要的热量之和。所以

练习：已知干空气的体积分数为rO2=0.21,rN2=0.7807，rAr=0.0093，求：1）干空气的平均摩尔质量和平均气体常数，2）组成气体的质量分数解：氧、氮、氩的分子量分别为32.00、28.013、39.948。1）先求平均摩尔质量平均气体常数2）质量分数求解§6-2湿空气的性质

自然界存在的空气都是含水蒸汽的湿空气。完全不含水蒸气的空气称为干空气。湿空气由于水蒸汽分压力很低，比容大、含量少，也可看作理想气体。因此湿空气可看作是理想混合气体，可用理想气体状态方程描述。我们把自然界中具有体积的东西都称为物质。空气也可以说是其中的一种。空气与其他物质相比，最大的不同之处是分子与分子之间的距离较大，因而细小的水分子完全可以自由出入。这一距离，因压力和温度的不同，能够发生较大的变化。温度升高温度降低1、总压力与分压力根据道尔顿分压定律其中：下标v代表水蒸气；a代表干空气暖通空调中处理的湿空气通常为大气，所以：水蒸气分压力的大小代表湿空气中水蒸气含量的多少。一、湿空气的总压力和分压力饱和蒸汽

1)未饱和湿空气2、湿空气的分类过热蒸汽水蒸气干空气＋过热水蒸气pv<ps(T)

Tspvps加入水蒸气，pv2)饱和湿空气干空气＋饱和水蒸气pv＝ps(T)

Tsps未饱和湿空气：干空气+过热水蒸气（pv）

饱和湿空气：干空气+饱和水蒸气（ps）通常情况下的空气处于未饱和湿空气状态，其中水蒸气处于过热状态，具有一定的吸收水蒸气的能力。一定条件下，两种状态可以进行转化。喷水室表冷器如：a点为过热蒸汽，一定条件时可转化为饱和蒸汽。a-b表示定温加湿过程。a-c表示定压冷却过程。同样：如将饱和湿空气加热可转化为未饱和湿空气。ppsctdvbapvtd湿空气中水蒸汽的p–v图3、露点温度10℃时，1kg干空气中能够进入5g的水分；1℃时，1kg干空气中能够进入4g的水分；原来5g的水分中有1g变成了水滴，开始发生冷凝现象时的空气温度称为露点温度。定义：未饱和湿空气在定压下冷却到饱和状态对应的温度，即水蒸气分压力对应的饱和温度，用Td表示。分析：1）若达到饱和之后继续冷却，会由蒸汽凝结为水，形成凝露现象。2）判断何时出现凝露现象

当空气温度变化到低于露点温度时，即t<td时，会出现凝露。例题：已知湿空气的温度为30°C，其中水蒸气的分压力为pv=2336.8Pa，确定其露点温度。解：查表当分压力为pv=2336.8Pa时，对应的饱和温度为20°C，即露点温度td

。二、湿空气的折合分子质量、折合气体常数湿空气的平均分子量可按混合气体的容积成分或摩尔成分进行计算：可见：湿空气的分子量M随水蒸汽分压力pv的增大而减小，且始终小于干空气的分子量。湿空气的气体常数：水分子混杂状态的衡量--湿度如何衡量电车载人的情况？体育比赛成绩的表述？多少秒跑完100米8人中位居第二表示空气中含有多少水分，也有两种表示方法：一定单位的空气中含有多少水量把空气作为水的容器，溶入空气中的水量占全体可溶入量的百分之多少三、绝对湿度、相对湿度、含湿量湿度指湿空气中水蒸气的含量。绝对湿度：每立方米体积的湿空气中含有的水蒸气的质量。相对湿度：同温度条件下，正常状态下空气中水分的含有量与饱和状态下水分的含有量的比值。含湿量：在含有1kg干空气的湿空气中，所含水蒸汽的质量。工程中对湿空气的处理，其中干空气的量是不变的。以干空气质量为基准的含湿量的概念，有利于对湿空气过程的分析与计算。1、相对湿度：湿空气的绝对湿度与同温度下饱和湿空气的绝对湿度之比，用符号来表示。反映湿空气接近饱和的程度。由理想气体状态方程：2、含湿量定义：在含有1kg干空气的湿空气中，所含水蒸汽的质量。用d表示。单位：g/kg（干空气）根据理想气体状态方程将代入，则可见：当大气压力B一定时，含湿量d是水蒸汽分压力pv的函数。上式也可表示为：分析：1）在一定温度下，水蒸汽分压力pv越大，则水蒸汽含量越多，也越接近饱和湿空气。2）相对湿度

的取值范围0〜1。=0为干空气，

=1为饱和湿空气。3）相对湿度反映了湿空气的干湿程度或吸收水蒸汽的能力。越小，空气越干燥，吸湿能力越强。

例题：已知湿空气的温度为30°C，其中水蒸气的分压力为pv=2336.8Pa，确定其相对湿度和含湿量。(pb=0.1013MPa)解：查表当温度为30°C时，水蒸气的饱和分压力为ps=4142.7Pa相对湿度

=pv/ps=2336.8/4142.7=0.56=56%d=622*2336.8/(101300-2336.8)=14.69g/kg(干空气)四、湿空气的密度：可见：在同温同压下，湿空气的密度总是小于干空气的密度。随空气相对湿度的增大，湿空气的密度将减小五、湿空气的焓湿空气的焓是以1kg干空气为基准的，是1kg干空气的焓与dkg水蒸汽的焓之和：将干空气和水蒸气的比热容作为常数，则：干空气的焓水蒸汽的焓湿空气焓的计算式：

单位：kJ/kg（干空气）六、干球温度与湿球温度湿球温度是热湿交换达到平衡后湿球温度计的读数。湿球温度等于或低于干球温度意义：干湿球温度的差值反映了空气相对湿度的大小本节内容重点：饱和湿空气与未饱和湿空气的关系相对湿度含湿量露点温度已知室内空气相对湿度为50%,温度为20°C，大气压为0.1013MPa,求湿空气的露点温度、含湿量、密度、比焓、和平均气体常数。§6-3、湿空气的焓湿图一、焓湿图的结构二、焓湿图的简单应用一.湿空气的焓湿图

焓湿图是在不同的大气压力B下，纵坐标是其焓值，横坐标是含湿量值所构成的图。说明：纵横坐标轴之间夹角为135度。饱和曲线将图分为两个区域：未饱和空气区和雾状区，空气处理过程通常在未饱和空气区。等焓线1.d2.等温线等相对湿度线3.5.4.等湿线热湿比线0102030500030002000100006000-2000

二、焓湿图的应用（一）确定空气的状态参数确定状态需要知道h、d（pV）、t、之中的两个。（二）确定空气的湿球温度（三）确定空气的露点温度（一）确定空气的状态参数例：B=101325pa，t=29℃，=60%，确定其焓值。练习：B=101325pa，t=25℃，=60%，确定其焓值和含湿量。（二）确定空气的湿球温度“等焓查湿”：湿纱布周围,某状态A的空气流经纱布热湿交换后饱和。空气失去显热，得到潜热，焓相等，故h-d图上是过A点的等焓过程，与=100%饱和线交点的温度即为状态A空气的湿球温度。AdAtsBh状态A的湿球温度AdAtstaBh

已知干、湿球温度确定空气状态

练习[1]：查h-d图t=25℃,=55%湿空气的湿球温度练习[2]：某状态空气的干球温度t=20℃,湿球温度ts=15℃，试在h-d图上确定空气状态点及、d、h（三）确定空气的露点温度露点温度tl：能使空气开始结露的临界温度。日常生活应用：

（1）冬天室外温度较低时，玻璃窗上有凝结水（2）秋天早晨有时草叶上有露水结论：结露与否取决于表面温度和空气露点温度之间的关系。（表面温度低于露点温度会结露）露点温度在h-d图上的表示空气沿等含湿量线冷却，最终达到饱和时所对应的温度练习：已知某状态空气t=15℃，=60%，试查出tlAdAt