第12章+理想气体混合物及湿空气

基本要求掌握与理想气体混合物相关的术语的定义与含义：成分、折合气体常数、折合摩尔质量、分压力、分体积等。熟练掌握理想气体混合物的比热、热力学能、焓、熵等性质的计算方法。掌握与湿空气有关的术语的定义与含义：湿空气、露点、湿度、含湿量等。熟练掌握湿空气状态参数露点、相对湿度、焓、比体积等的计算方法。了解湿空气的焓—湿图和湿空气的过程，能将各过程表示在h-d图上，并能正确地应用h-d图分析湿空气的状态变化。学习目的

掌握理想气体混合物和湿空气的状态参数等性质计算，掌握湿空气热力过程中状态参数变化规律和相应的能量转化状况。第十二章理想气体混合物及湿空气112-1理想气体混合物工程上常用的混合物工质：空气（N2、O2等）；燃气（N2、CO、H2O、CO2等）

混合制冷剂R410A（R32/R134a）1.基本概念(1)

成分：混合物中各组分所占的百分数，其表示方法有多种。质量分数：摩尔分数：体积分数：

理想气体混合物组分气体

(2)折合摩尔质量

(3)折合气体常数212-1理想气体混合物2.道尔顿(Dalton)分压力定律理想气体混合物的总压力p等于各组分的分压力pi

之和。分压力：理想气体混合物各组分在与混合物处于相同温度、体积下的压力。312-1理想气体混合物3.亚美加特(Amagat)分体积定律理想气体混合物的总体积V等于各组分的分压力Vi

之和。分体积：理想气体混合物各组分在与混合物处于相同温度、压力下的体积。43.混合气体的比热容、热力学能、焓、熵总参数线性加和性：按成分加权求和12-2理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵比参数注意：p2i异种气体混合用分压力；同种气体混合用总压力。5例1.如图所示绝热混合器中，N2和O2均匀混合，已知N2进口压力为3bar，温度为227℃，流量为3kg/s；O2进口压力为3bar，温度为337℃，流量为2kg/s，混合后压力为2.5bar，试求混合后的温度及混合前后的熵变(c=const)已知：求：解：取进出口截面1-1和2-2所围成空间内的工质为研究对象，这是一个稳定流动开口系，由热力学第一定律有：据题意：即：由理想气体性质可得：

12-2理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵6热力学第一定律、理想气体热力性质、热力过程习题课

由题意：所以：每秒钟：712-3湿空气工农业生产、生活中空气调节处理必须考虑其中的水分问题。中草药、牧草干燥茶叶、烟草干燥家居、办公环境恒温恒湿光学实验室812-3湿空气干空气：不含有水蒸气的空气湿空气：含有水蒸气的空气1.湿空气和干空气湿空气性质特征：干空气：按理性气体处理湿空气：也可按理想气体处理（水蒸气含量少，分压力很低，处过热状态，远离饱和区，但是如果接近饱和区域不行）

湿空气

=干空气

+

水蒸气注意：与湿饱和蒸汽的区别2.未饱和空气和饱和空气空气中的水蒸气处于两种状态：1、过热蒸汽；2、干饱和蒸汽未饱和空气=干空气

+过热蒸汽饱和空气=干空气

+干饱和蒸汽理想混合气体：pa：干空气分压力pv：水蒸气分压力未饱和空气:pv<ps(t)或者t>ts(pv)

饱和空气:pv=ps(t)或者t=ts(pv)

空气饱和与否取决于t，pv912-3湿空气2.未饱和空气和饱和空气

从未饱和→饱和的途径湿空气中水蒸气状态p-v

图和T-s

图1、加水蒸气pv2、TA点：可通过等压过程、等温过程以及其它各种热力过程变化达到B、C点等饱和状态。3、其它途径1012-3湿空气3.露点(DewPoint)未饱和空气饱和空气在一定的水蒸气分压力pv下，使湿空气变为饱和空气的那点温度。实质：pv对应的水蒸气饱和温度。露点可用湿度计或露点仪测量得到。冷水管t=20oC，td=28.98

oC大气温度t=30oC，pv=0.04bar析湿过程

湿润的夏天水管上常出现水珠?1112-4湿空气的状态参数1.绝对湿度：单位体积湿空气中所含的水蒸气的质量。即空气中水蒸气的密度

v1、查水蒸气性质表；2、查饱和空气表

显然：t一定时，当2.相对湿度：湿空气中水蒸气分压力

pv，与同一温度同样总压力的饱和湿空气中水蒸气分压力ps(t)

的比值。＝10<

<1＝0饱和空气未饱和空气干空气

↓越干燥，吸水能力强

如：沙漠地区

↑

越潮湿，吸水能力弱如：滨海地区

绝对湿度只能说明湿空气中所含水蒸气的多少，而不能说明湿空气所具有吸收水蒸气能力的大小空调制冷量测试工况：干球温度27℃

，

~60%1212-4湿空气的状态参数3.含湿量:单位质量的干空气所携带的水蒸气的质量。比湿度

kg/kg干空气1312-4湿空气的状态参数4.湿空气的焓：湿空气的比焓是指含有1kg干空气的湿空气的焓值。

1kg干空气的焓和dkg水蒸气的焓之和J/kg干空气工程上，取干空气的焓：水蒸气的焓：5.湿空气的比体积：1kg干空气与dkg的水蒸汽组成的湿空气的体积。其中：1412-5湿球温度和干湿球温度计干球温度t—湿空气的温度湿球温度tw对湿球面上Tw维持不变Q蒸发热=Q对流热

↓

t-tw

↑

=1时，t=tw=ts(pv)1512-5湿球温度和干湿球温度计t=tw=tdt>tw>td未饱和空气饱和空气1612-6湿空气的焓-湿图湿空气的性质除了用公式计算外，还可以用h-d

图查取。1、等含湿量线

(等d线)等d线是一组平行于纵坐标的直线群。露点td是湿空气冷却到

＝100%时的温度。因此含湿量d相同，状态不同的湿空气具有相同的露点。2、等焓线

(等h线)等h

线是一组与横坐标轴成135°的直线群。等h

线亦可近似看成定湿球温度线(tw)一定的大气压力下1712-6湿空气的焓-湿图3、等温线

(等

t线)4、等相对湿度线

(等

)定

线是一组向上凸的曲线群。

当温度超过总压力对应的饱和温度（如100℃

）时，变为垂直线。可见在h-d

图上，定t线的斜率为正，且随t

增大斜率增大

＝100%饱和空气曲线把h-d

图分成两部分，曲线以上为未饱和湿空气，曲线以下无实际意义。1812-6湿空气的焓-湿图5、水蒸汽分压力线用途：计算饱和和未饱和空气的性质。饱和空气的性质也可用表查取。P455附表1419例2.已知：空气的温度为30℃，压力为0.1MPa，相对湿度为60%。求：td、d、pv、h

解：(1)公式计算法

12-6湿空气的焓-湿图t=30℃查水蒸气饱和性质表ps=0.0042451MPapv=ps=0.6×0.0042451MPa=0.002547MPapv=0.002547MPa

时，查水蒸气饱和性质表ts=td=21.10℃d=0.622pv/(p-pv)=0.622×0.002547/(0.1-0.002547)=0.01627kg/kg干空气h=1.005t+d(2501+1.86t)=71.75kJ/kg干空气(2)查h-d

图法

d=0.0165kg/kg干空气h=71.5kJ/kg干空气td=21.5℃pv=2.25kPa2012-7湿空气过程及其应用1.加热(或冷却)过程加热：1-2冷却：1-2’(t>td)例如：冬天暖气加热，干燥例如：夏天空调降温，潮湿2112-7湿空气过程及其应用2.绝热加湿过程(1)喷水加湿向空气中喷水，气化潜热来自空气本身d↑

↑t↓(2)喷蒸气加湿d↑

↑h↑2212-7湿空气过程及其应用3.冷却去湿过程2312-7湿空气过程及其应用4.绝热混合过程

混合过程的能量平衡方程为:

干空气的质量平衡方程：水蒸气质量平衡方程：

或写成：2412-7湿空气过程及其应用工程应用实例：烘干装置——加热过程+绝热加湿1-2加热过程，2-3绝热加湿过程2512-7湿空气过程及其应用作业：12-02、12-03、12-08、12-12、12-15、12-17例3.已知烘干用的湿空气进入加热器前t1=25oC、tw1=20oC

，在加热器中被加热到t2=90oC后键入烘箱，出烘箱时的温度t3=40oC。设当地大气压p=0.1013MPa，求：(1)d1、h1、td1、pv1；(2)1kg干空气在烘箱中吸收的水分；(3)烘箱中每吸收1kg水分所需的干空气量及在加热器中吸收的热量。解：确定状态1点：t1=25oC

、tw1=20oC

，查h-d图得：h1