第四章 理想气体混合物及湿空气

第四章理想气体混合物及湿空气第四章理想气体混合物及

湿空气4-1理想气体混合物

4-2理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵4-3湿空气4-4湿空气的状态参数4-5湿球温度和绝热饱和温度4-6湿空气的焓-湿图一、气体混合物的折合气体常数和摩尔质量4-1理想气体混合物1、气体混合物的组分都处于理想气体状态，则混合气体也处于理想气体；2、混合气体可作为某种假想气体，其质量和分子数与组分气体质量之和及分子数之和相同。理想气体混合物可作为具有、的“某种”理想气体。求解理想气体混合物关键——平均气体常数，折合气体常数平均摩尔质量，折合摩尔质量二、混合气体的分压力定律和分容积定律1、分压力定律分压力：组分气体处在与混合气体相同容积、相同温度单独对壁面的作用力。分压力定律

pVTn

p1VTn1piVTnipmVTnm......Σ4-1理想气体混合物2、分体积定律分体积：组分气体处在与混合气体同温同压单独占有的体积。分体积定律

pVTn

pV1TpViT

pVmT..ni...Σn1nm.二、混合气体的分压力定律和分体积定律4-1理想气体混合物三、混合气体的成分1、质量分数2、体积分数3、摩尔分数4-1理想气体混合物4、各成分之间的关系（1）（2）三、混合气体的成分5、分压力和总压力4-1理想气体混合物6、利用混合物成分求和（1）已知质量分数由三、混合气体的成分（2）已知摩尔分数由质量守恒4-1理想气体混合物由A、B两种气体组成的混合气体，若质量分数wA>wB，是否一定有摩尔分数xA>xB，为什么？试以H2和CO2混合物，

说明之。解xi

的大小取决于一、理想气体混合物的比热容4-2理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵二、理想气体混合物的热力学能三、理想气体混合物的焓四、理想气体混合物的熵1kg五、理想气体混合物过程熵变（无化学反应）1kg定比热容1mol定比热容4-2理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵一、干空气和湿空气水蒸气分压力低湿空气：含水蒸汽的空气成为湿空气。湿空气=干空气+水蒸汽4-3湿空气地球上大气由氮、氧、氩、二氧化碳、水蒸气及极微量其它气体组成。水蒸气以外所有组成气体称为干空气，看作不变的整体。因此，大气是干空气与水蒸气组成的混合气体。干空气成分随时间、地理位置、海拔、环境污染等因素而产生微小变化，为便于计算将干空气标准化。成分相对分子质量摩尔成分O232.0000.2095N228.0160.7809Ar39.9440.0093CO244.010.0003p=pa+pv注意：（1）把气相混合物看作是理想气体混合物；一、干空气和湿空气室内空气温度与湿度调节过程、物体的干燥过程、冷却塔中的水冷却过程和采暖通风等。（3）一般情况下，大气中水蒸气的含量及变化都较小，可近似作为干空气来计算。但空气中水蒸气含量的多少对下述过程具有特殊作用：（2）湿空气与一般理想混合气体最大区别：水蒸气的含量是变化的；（4）湿空气中水蒸气的状态由其分压力pv和湿空气温度t确定。4-3湿空气二、未饱和湿空气和饱和湿空气1、未饱和湿空气未饱和湿空气由干空气和过热水蒸气组成。温度为t的湿空气，当水蒸气分压力pv低于对应于t的饱和压力ps时，水蒸气处于过热状态。pv<ps(t)加入水蒸气，pvTspvps1当维持未饱和湿空气温度不变，使其水蒸气含量增加，则最大限度只能等于该温度t对应的饱和压力ps(t)。水蒸气过热饱和4-3湿空气二、未饱和湿空气和饱和湿空气2、饱和湿空气饱和湿空气由干空气和饱和水蒸气组成。温度为t的湿空气，当水蒸气分压力pv等于对应于t的饱和压力ps时，水蒸气处于饱和状态。Tsps2湿空气中水蒸气含量已达到极限值。pv=ps(t)若超过此极限，处于饱和湿空气状态的空气有可能析出水滴悬浮在空中形成雾。与第三章水饱和概念的区别纯物质4-3湿空气二、未饱和湿空气和饱和湿空气3、从未饱和湿空气到饱和湿空气的途径（1）1→2定温过程，加入水蒸气；（2）1→3pv增加（加入水蒸气），且T降低；（3）1→4pv不变，且T降低；结露（4）1→5定容过程，且T降低。定温加湿定压降温未饱和湿空气在定压pv下通过冷却达到饱和湿空气状态，若进一步冷却，将使部分水蒸气冷凝，该现象称为结露。开始结露的温度即点4的温度称为露点温度或露点Td，即水蒸气分压力对应的饱和温度。5点是露点吗？当冷凝结露时，水蒸气分压力如何变？水蒸气分压力随冷凝进行而逐渐降低，但随时处于饱和状态，即过程4→5，称为析湿过程。Td=Ts(pv)Tspvps21345Tdpv4-3湿空气二、未饱和湿空气和饱和湿空气空气中的水蒸气过热空气未饱和饱和空气饱和空气饱和与否取决于空气温度t，水蒸气分压力pv如

当空气未饱和空气饱和1℃?空气饱和水蒸气凝结空气中的水蒸气温度和饱和压力关系可查附表14或水蒸气的饱和性质表。4-3湿空气干球温度水蒸气压力含湿量饱和焓密度水汽化热010203038404246505458606570758085900.6111.2272.3374.2416.6247.3768.19810.08512.33515.00218.14619.91725.01031.16038.55047.36057.80070.1103.827.7314.8827.5244.1249.5255.5469.7687.52109.80137.89154.752207.44281.54390.20559.61851.901459.009.529.557.9100.5151.6167.7185.5226.7277.3339.8418.0464.5609.2811.11105.71563.02351.03983.01.271.221.181.131.091.081.071.051.031.000.980.970.930.900.850.810.760.70250024772453243024112406240123912382237223632358234523332320230922952282附表140.1MPa时的饱和空气状态参数例题已知湿空气中水蒸气状态如图中1、2、3各点在同一等压线上，试比较其饱和压力的高低及露点温度的大小。解由于则有且故其对应饱和温度-露点

水蒸气分压力相同的空气具有相同的露点。秋季白天秋高气爽气温较高，此时的空气是（）干空气饱和空气未饱和空气过热空气ABCD提交单选题1分一、湿空气的绝对湿度和相对湿度4-4湿空气的状态参数

绝对湿度即湿空气中水蒸气的密度

对于饱和空气，其水蒸气处于饱和状态，此时绝对湿度为干饱和蒸汽的密度，即绝对湿度不能直接反映湿空气吸湿能力的大小。

如pv=0.6566kPa，1℃时pv=ps，无吸湿能力;水蒸气密度吸湿能力还与温度有关10℃时pv<ps，有吸湿能力。一、湿空气的绝对湿度和相对湿度

φ=0干空气0<φ<1未饱和空气φ

=1饱和空气吸湿能力下降相对湿度φ相对湿度可直接反映湿空气的吸湿能力。依据水蒸气的理想气体状态方程4-4湿空气的状态参数二、含湿量d1kg干空气所带有的水蒸气质量为含湿量，用d表示，kg水蒸气/kg干空气。kg水蒸气/kg干空气

以单位质量干空气为基准干空气和水蒸气占有同样的体积kg/kgDA（2）总压力p不变时，含湿量d取决于相对湿度φ和温度t。4-4湿空气的状态参数三、湿空气的焓h指含有1kg干空气的湿空气的焓值，等于1kg干空气的焓和dkg水蒸气的焓的总和，以h表示。湿空气的比焓是相对于单位质量的干空气而言的。kJ/kg干空气工程上，取0oC时

干空气的焓水蒸气的焓温度t下饱和水的焓hv=0干空气的焓ha=0

湿空气的比焓为基准点kJ/kg干空气kJ/kg干空气kJ/kg干空气0℃饱和水蒸气的焓常温低压下水蒸气的平均质量定压比热容4-4湿空气的状态参数例题已知图中1、2、3各点在同一等压线上，试比较其绝对湿度、相对湿度和含湿量的大小。空气压力不变解由于且

则有

因为

则有因为湿空气的压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于（）相对湿度干球温度含湿量湿球温度ABCD提交单选题1分能够直接确定湿空气是否饱和的物理量是（）绝对湿度含湿量相对湿度空气温度ABCD提交单选题1分4-5湿球温度和绝热饱和温度一、湿球温度干湿球温度计示意图干球温度计湿球温度计大气大气（1）干球温度计：也是普通温度计，测出的是湿空气的真实温度t，即干球温度。

（1）未饱和湿空气

（2）饱和湿空气

一、湿球温度

Tstwtdt1

1、未饱和湿空气2、饱和湿空气（1）有效汽膜层内-饱和（2）由于蒸发冷却作用，湿球温度比干球温度低；湿球温度计原理图

4-5湿球温度和绝热饱和温度饱和空气具有下列关系（）

ABCD提交单选题1分未饱和湿空气具有下列关系（）

ABCD提交单选题1分50m3的房间内空气t1=30℃，=60%，被等压冷却到t2=10℃。已知大气压力pb=0.1013MPa。求：1）初态时td，d1及H；2）凝结水量Δmv；3）放热量Q

。解1）查附表14由分析：空气等压冷却过程中水蒸气参数变化过程Tst1td12t22）10℃时水蒸气饱和压力3）因空气总压力不变，热量等于焓差一、湿空气焓湿图（h-d图）4-6湿空气的焓-湿图1、制图依据2、线群介绍（1）等湿线（等d线）（3）等焓线（等h线）（2）等温线（等t线）（4）等相对湿度线（等φ线）（5）等比体积线（等v线）（6）水蒸气分压力线pv=f(d)线φ注意：h-d图随p改变而改变thtttthhhhhhvvvvvvvφφφφ=1pv=f(d)φ一、湿空气焓湿图（h-d图）3、线群讨论（1）等湿线（等d线）等湿线是一组平行于纵坐标的直线群。thtttthhhhhhvvvvvvvφφφφ=1pv=f(d)φ则含湿量d相同、状态不同的湿空气具有相同的露点td——即湿空气冷却到φ

=1时的温度。

当p一定时，d与pv一一对应；而pv

与td一一对应。注意：未饱和空气定压冷却达到露点的过程中含湿量不变，露点不变。4-6湿空气的焓-湿图一、湿空气焓湿图（h-d图）（2）等温线（等t线）等干球温度线是一组互不平行的直线，t愈高，等

t线斜率愈大。thtttthhhhhhvvvvvvvφφφφ=1pv=f(d)φh=1.005t+(2501+1.86t)d当湿空气干球温度t=定值时，h和d间成直线变化关系。斜率随t增加而增大。注意：焓值相同，状态不同的湿空气具有相同湿球温度。4-6湿空气的焓-湿图一、湿空气焓湿图（h-d图）thtwtdΦ＝100%干球温度t、湿球温度tw

、露点温度td在h-d图上的关系①未饱和湿空气②饱和湿空气1234-6湿空气的焓-湿图一、湿空气焓湿图（h-d图）（3）等焓线（等h线）等焓线是一组与横坐标成135°的直线群。（4）等相对湿度线（等φ线）（2）φ=100%为临界线，即饱和湿空气曲线，各点为饱和湿空气。将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。（1）φ=0，与纵坐标线重合，干空气状态d=0。等相对湿度线是一组上凸的曲线。thtttthhhhhhvvvvvvvφφφφ=1pv=f(d)φ4-6湿空气的焓-湿图一、湿空气焓湿图（h-d图）（6）水蒸气分压力线thtttthhhhhhvvvvvvvφφφφ=1pv=f(d)φ当d<<0.622时，则pv与d近似成直线关系。4-6湿空气的焓-湿图解：据压力选择h-d图。由温度及相对湿度在图上确定点1的位置，由此读出二、h-d图应用1、已知湿空气参数求其他参数。由h1与交点读出由点1作垂线与交点读出与pv线交点读出1d1h1pv1td1tw1与横轴线交点读出....4-6湿空气的焓-湿图二、h-d图应用.pvtw1t1

tdd.求其他参数。2、已知湿空气参数解：h-d图上①等湿球温度线与等焓线平行②时，...