理想气体溷合气体及湿空气.pptx

Han Dong-TaiHan Dong-Tai 相对成分相对成分相对成分相对成分=分分分分 量量量量 总总总总 量量量量相对成分相对成分相对成分相对成分 混混混混 合合合合 气气气气 体体体体质量质量质量质量kgkg 摩尔数摩尔数摩尔数摩尔数kmolkmol 容积容积容积容积mm3 3项项项项 目目目目 第第第第i i i i种组成气体种组成气体种组成气体种组成气体绝对成分绝对成分绝对成分绝对成分一、混合气体成分一、混合气体成分Han Dong-TaiHan Dong-Tai体积分数：体积分数：质量分数：质量分数：摩尔分数：摩尔分数：？Han Dong-TaiHan Dong-TaiHan Dong-TaiHan Dong-Tai二、混合气体平均分子量和气体常数二、混合气体平均分子量和气体常数平均分子量平均分子量Han Dong-TaiHan Dong-Tai混合气体的气体常数混合气体的气体常数Han Dong-TaiHan Dong-Tai三、道尔顿分压力定律三、道尔顿分压力定律1、分压力、分压力在与混合物温度相在与混合物温度相同的情况下，每一种组同的情况下，每一种组成气体都独自占据体积成气体都独自占据体积V时，组成气体的压力称时，组成气体的压力称为分压力。用为分压力。用pi表示。表示。Han Dong-TaiHan Dong-TaiT,Vp1T,Vp2T,Vp nT,V2、分压力定律、分压力定律Han Dong-TaiHan Dong-Tai混合气体的总压力等于各混合气体的总压力等于各组成气体分压力之和，称为道组成气体分压力之和，称为道尔顿尔顿(Dalton)分压定律分压定律Han Dong-TaiHan Dong-Tai四、混合气体的比热、内能、焓和熵四、混合气体的比热、内能、焓和熵1、混合气体比热容、混合气体比热容Han Dong-TaiHan Dong-Tai2、混合气体内能和焓、混合气体内能和焓内能和焓均为广延参数内能和焓均为广延参数Han Dong-TaiHan Dong-Tai3、混合气体的熵、混合气体的熵熵为广延参数熵为广延参数熵变熵变Han Dong-TaiHan Dong-Tai 1.1.1.1.混合气体的内能、焓、熵为其各组元相应参数的总混合气体的内能、焓、熵为其各组元相应参数的总混合气体的内能、焓、熵为其各组元相应参数的总混合气体的内能、焓、熵为其各组元相应参数的总和；和；和；和；2.2.2.2.混合气体的比内能、比焓、比熵和比热为各组元的混合气体的比内能、比焓、比熵和比热为各组元的混合气体的比内能、比焓、比熵和比热为各组元的混合气体的比内能、比焓、比熵和比热为各组元的相应参数与质量成分乘积的总和，相应参数与质量成分乘积的总和，相应参数与质量成分乘积的总和，相应参数与质量成分乘积的总和，3.3.3.3.混合气体的摩尔内能、摩尔焓等为各组元的相应参混合气体的摩尔内能、摩尔焓等为各组元的相应参混合气体的摩尔内能、摩尔焓等为各组元的相应参混合气体的摩尔内能、摩尔焓等为各组元的相应参数与摩尔成分乘积的总和；数与摩尔成分乘积的总和；数与摩尔成分乘积的总和；数与摩尔成分乘积的总和；4.4.4.4.各组成的气体的参数均按其分压力和混合气体温度各组成的气体的参数均按其分压力和混合气体温度各组成的气体的参数均按其分压力和混合气体温度各组成的气体的参数均按其分压力和混合气体温度计算。计算。计算。计算。Han Dong-TaiHan Dong-Tai例例 试求空气在自由膨胀中比熵的变化量，已知初态试求空气在自由膨胀中比熵的变化量，已知初态空气的温度为空气的温度为 ，体积为，体积为 ，膨胀终了的容积，膨胀终了的容积 解：解：取整个容器内的空气为孤立系统（系统与外界取整个容器内的空气为孤立系统（系统与外界无功、热及物质交换）无功、热及物质交换）即：即：Han Dong-TaiHan Dong-Tai湿空气湿空气教学目标：教学目标：使学生了解空调工程中，湿空气是如何进使学生了解空调工程中，湿空气是如何进行调节的，并能进行湿空气各种过程的热力计算。了行调节的，并能进行湿空气各种过程的热力计算。了解冷却塔的原理。解冷却塔的原理。知识点：知识点：湿空气的性质；湿空气的焓湿图；湿空气的湿空气的性质；湿空气的焓湿图；湿空气的基本热力过程。基本热力过程。重重 点：点：湿空气的湿空气的h-dh-d图的使用，它是学习通风空图的使用，它是学习通风空调等课程不可缺少的理论基础。调等课程不可缺少的理论基础。难难 点：点：由于学生未接触专业课程，因此湿空气在由于学生未接触专业课程，因此湿空气在工程上进行的各种热力过程及其计算是本章难点。工程上进行的各种热力过程及其计算是本章难点。Han Dong-TaiHan Dong-Tai空调系统冷却塔图片空调系统冷却塔图片空调系统冷却塔图片空调系统冷却塔图片Han Dong-TaiHan Dong-TaiHan Dong-TaiHan Dong-TaiHan Dong-TaiHan Dong-TaiHan Dong-TaiHan Dong-Tai一湿空气的相对湿度一湿空气的相对湿度2.2.涉及湿空气的常见的工业过程涉及湿空气的常见的工业过程 空气温度与湿度调节过程、物体的干燥过程、空气温度与湿度调节过程、物体的干燥过程、空气温度与湿度调节过程、物体的干燥过程、空气温度与湿度调节过程、物体的干燥过程、冷却水塔中的水冷却过程等。冷却水塔中的水冷却过程等。冷却水塔中的水冷却过程等。冷却水塔中的水冷却过程等。1.1.干空气与湿空气干空气与湿空气 干空气干空气干空气干空气不含水蒸汽的空气称为干空气。不含水蒸汽的空气称为干空气。不含水蒸汽的空气称为干空气。不含水蒸汽的空气称为干空气。湿空气湿空气湿空气湿空气含水蒸汽的空气称为湿空气。含水蒸汽的空气称为湿空气。含水蒸汽的空气称为湿空气。含水蒸汽的空气称为湿空气。湿空气湿空气湿空气湿空气=干空气水蒸汽干空气水蒸汽干空气水蒸汽干空气水蒸汽Han Dong-TaiHan Dong-Tai3.3.分析湿空气时假定：分析湿空气时假定：把气相混合物看作是理想气体混合物；把气相混合物看作是理想气体混合物；把气相混合物看作是理想气体混合物；把气相混合物看作是理想气体混合物；当蒸汽凝结成液相或固相时，液相或当蒸汽凝结成液相或固相时，液相或当蒸汽凝结成液相或固相时，液相或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；固相中不包含溶解的空气；固相中不包含溶解的空气；固相中不包含溶解的空气；空气的存在不影响蒸汽与其凝聚相之空气的存在不影响蒸汽与其凝聚相之空气的存在不影响蒸汽与其凝聚相之空气的存在不影响蒸汽与其凝聚相之间的相平衡。间的相平衡。间的相平衡。间的相平衡。以上假定在高压下可能导致较大的误差。以上假定在高压下可能导致较大的误差。Han Dong-TaiHan Dong-Tai4.4.下标约定：下标约定：a干空气干空气v水蒸汽水蒸汽s饱和水蒸汽饱和水蒸汽 无下标为湿空气参数无下标为湿空气参数注意注意注意注意:其他教材有时上下标其他教材有时上下标其他教材有时上下标其他教材有时上下标“w w w w”代表水蒸气的代表水蒸气的代表水蒸气的代表水蒸气的参数，书本上用的是参数，书本上用的是参数，书本上用的是参数，书本上用的是“v v v v”!Han Dong-TaiHan Dong-Tai5.5.未饱和空气和饱和空气未饱和空气和饱和空气未未饱饱和和空空气气是是由由干干空空气气与与过过热热蒸蒸汽组成的混合物。汽组成的混合物。饱和空气饱和空气是由干空气与饱和蒸汽组是由干空气与饱和蒸汽组成的混合物成的混合物。饱和空气饱和空气=干空气干空气+饱和蒸汽饱和蒸汽未饱和空气未饱和空气=干空气过热蒸汽干空气过热蒸汽Han Dong-TaiHan Dong-Tai所以空气饱和与否取决于所以空气饱和与否取决于t t，p pv v 空气中的水蒸气空气中的水蒸气空气达成饱和的途径空气达成饱和的途径 t t不变，不变，p pv v上升，上升，p pv v=p ps s(t t)p pv v不变，不变，t t下降下降 t=tt=ts s(p(pv v)Han Dong-TaiHan Dong-Tai6.6.绝对湿度和相对湿度绝对湿度和相对湿度绝对湿度绝对湿度单位容积的湿空气中包含的水蒸汽质量，单位容积的湿空气中包含的水蒸汽质量，也就是水蒸汽的密度。也就是水蒸汽的密度。Han Dong-TaiHan Dong-Tai湿空气中水蒸汽的分压力愈大，其绝对湿度湿空气中水蒸汽的分压力愈大，其绝对湿度愈大；愈大；水蒸汽的分压力不可能超过该温度下水蒸汽水蒸汽的分压力不可能超过该温度下水蒸汽的饱和压力。的饱和压力。在一定温度下：在一定温度下：水蒸汽达到饱和时，湿空气具有该温度下最大绝水蒸汽达到饱和时，湿空气具有该温度下最大绝对湿度，这时的空气称为对湿度，这时的空气称为饱和空气饱和空气饱和空气饱和空气。Han Dong-TaiHan Dong-Tai湿空气未达到饱和时，其中水蒸汽的湿空气未达到饱和时，其中水蒸汽的分压力总小于饱和压力，水蒸汽处于分压力总小于饱和压力，水蒸汽处于过热过热状态，状态，这时湿空气为这时湿空气为未饱和空气未饱和空气。Han Dong-TaiHan Dong-Tai相对湿度相对湿度 湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度的比值为相对湿度对湿度的比值为相对湿度 =0 0100%100%，饱和空气的相对湿度为，饱和空气的相对湿度为100%100%；相对湿度相对湿度 愈小，表示空气中水蒸汽距离饱和愈小，表示空气中水蒸汽距离饱和状态愈远，空气吸收水分的能力愈大，即愈干燥；状态愈远，空气吸收水分的能力愈大，即愈干燥；反之空气愈潮湿。反之空气愈潮湿。Han Dong-TaiHan Dong-Tai代入定义式中有：代入定义式中有：代入定义式中有：代入定义式中有：由于：由于：由于：由于：即：即：即：即：相对湿度相对湿度相对湿度相对湿度Han Dong-TaiHan Dong-Tai7.7.湿空气的含湿量湿空气的含湿量(比湿度比湿度)在总压力在总压力P P 不变的情况下，一定的蒸汽分压力不变的情况下，一定的蒸汽分压力对应着一定的含湿量。对应着一定的含湿量。在总压力在总压力P P 不变的情况下，相对湿度愈高，含不变的情况下，相对湿度愈高，含湿量也愈高。湿量也愈高。Han Dong-TaiHan Dong-Tai 已知图中已知图中1 1、2 2、3 3各点在同一等压线上，试比较各点在同一等压线上，试比较其其v v、及、及 的大小的大小解：解：Han Dong-TaiHan Dong-Tai 1kg 1kg干空气与干空气与dkgdkg的水蒸汽组成的湿空气，其密的水蒸汽组成的湿空气，其密度：度：8.88.8.湿空气的密度湿空气的密度湿空气的密度湿空气的密度J/kgJ/kgk kJ/kgJ/kgk kkg/mkg/m3 3Han Dong-TaiHan Dong-Tai9.9.湿空气的焓湿空气的焓考虑到湿空气中水蒸汽的质量经常变化，而干空气的质考虑到湿空气中水蒸汽的质量经常变化，而干空气的质量是稳定的，所以量是稳定的，所以湿空气的比焓是相对于单位质量的干空湿空气的比焓是相对于单位质量的干空气而言：气而言：经验公式：经验公式：Han Dong-TaiHan Dong-Tai二二 湿空气的露点和湿球温度湿空气的露点和湿球温度1 1、露点温度露点温度在给定的水蒸汽分压力下，使未饱和湿空气变成饱在给定的水蒸汽分压力下，使未饱和湿空气变成饱在给定的水蒸汽分压力下，使未饱和湿空气变成饱在给定的水蒸汽分压力下，使未饱和湿空气变成饱和湿空气时所对应的那个温度（水蒸汽分压力所对应和湿空气时所对应的那个温度（水蒸汽分压力所对应和湿空气时所对应的那个温度（水蒸汽分压力所对应和湿空气时所对应的那个温度（水蒸汽分压力所对应的饱和温度的饱和温度的饱和温度的饱和温度)称为露点温度称为露点温度称为露点温度称为露点温度t td d 或简称或简称或简称或简称露点露点露点露点。或开始结露或开始结露或开始结露或开始结露的温度称为的温度称为的温度称为的温度称为露点温度露点温度露点温度露点温度。Han Dong-TaiHan Dong-Tai干干 球球 温温 度度 计计湿湿 球球 温温 度度 计计大气2 2 干湿球温度计示意图干湿球温度计示意图气流吹过气流吹过湿份气化湿份气化表面降温表面降温热量传递热量传递Han Dong-TaiHan Dong-Tai4035302520151050-50102030405060708090%-50 5 10152025303540干球温度干球温度干球温度干球温度t t湿球温度tw相相相相对对对对湿湿湿湿度度度度Han Dong-TaiHan Dong-TaiHan Dong-TaiHan Dong-Tai干球温度干球温度干球温度干球温度t t、湿球温度、湿球温度、湿球温度湿球温度t tw w 、露点温度、露点温度、露点温度、露点温度 t td d 之间的关系之间的关系之间的关系之间的关系未饱和湿空气未饱和湿空气未饱和湿空气未饱和湿空气饱和湿空气饱和湿空气饱和湿空气饱和湿空气Han Dong-TaiHan Dong-Tai三、三、湿空气的湿度湿空气的湿度 图图 为适应工程需要，已有计算湿空气参数及过为适应工程需要，已有计算湿空气参数及过程的计算机程序，本课程也提供了应用程序。程的计算机程序，本课程也提供了应用程序。有时为方便工程计算，常把湿空气状态参数之有时为方便工程计算，常把湿空气状态参数之间关系制成图线。湿空气状态参数线图有多种间关系制成图线。湿空气状态参数线图有多种型式，如焓湿型式，如焓湿(h-d)(h-d)图、湿度（图、湿度（-t)-t)图等。这图等。这里介绍湿度（里介绍湿度（-t)-t)图，如图所示。在该图中具图，如图所示。在该图中具有以下定值线：有以下定值线：Han Dong-TaiHan Dong-TaiHan Dong-TaiHan Dong-Tai(1)(1)定干球温度线定干球温度线(=C)(=C)：湿度图以为横坐标，故定湿度图以为横坐标，故定温度线就是一组垂直于横坐标的平行线，位置越温度线就是一组垂直于横坐标的平行线，位置越靠右的定温线值越高。靠右的定温线值越高。(2)(2)定比湿度线定比湿度线(C)C)：湿度图以湿度图以为纵坐标，故为纵坐标，故定比湿度线就是一组平行于横坐标的水平线，水平定比湿度线就是一组平行于横坐标的水平线，水平线的位置越高，线的位置越高，值越大；值越大；(3)(3)定相对湿度线定相对湿度线(C)C)：在选定了绘制湿度图的总压力在选定了绘制湿度图的总压力p p后，由于水蒸汽饱和压力与温后，由于水蒸汽饱和压力与温度一一对应，故相对湿度是温度及比湿度的函数度一一对应，故相对湿度是温度及比湿度的函数,，因此在，因此在湿度湿度(-t)(-t)图上，定线的走向是图上，定线的走向是增大则增大则t t增大，或增大，或减小则减小则t t减小，成为一条下凹的曲线。当减小，成为一条下凹的曲线。当不变时，则不变时，则t t减小减小增大，增大，故位置越在图右上方的定故位置越在图右上方的定线，其值越大。线，其值越大。Han Dong-TaiHan Dong-Tai(4)(4)定焓线定焓线(h(hC)C)：通常，在空调、烘干等工程中通常，在空调、烘干等工程中涉及的温度并不很高，所以由下式知，涉及的温度并不很高，所以由下式知，1.86t1.86t相对相对于于25012501可以忽略，故在湿度图上的定焓线，几乎可以忽略，故在湿度图上的定焓线，几乎是一组斜率为正的直线，在不变时是一组斜率为正的直线，在不变时越大越大h h也越大，也越大，故焓值越大的定焓线越在图的右上方。故焓值越大的定焓线越在图的右上方。(5)(5)定湿球温度线定湿球温度线(=C)(=C)：定湿球温度线近似平行于定湿球温度线近似平行于定焓线，位置越在图的右上方的值越大。定焓线，位置越在图的右上方的值越大。由于露点由于露点tdtd是下饱和空气是下饱和空气(=100%)(=100%)的温度，故的温度，故tdtd可可以通过定以通过定线与线与100%100%线的交点的温度而求得。线的交点的温度而求得。在有些湿度图上没有定线，那只要通过湿空气状态在有些湿度图上没有定线，那只要通过湿空气状态点作定焓线与为点作定焓线与为100%100%的线相交所得到的温度即为。的线相交所得到的温度即为。Han Dong-TaiHan Dong-Tai四四四四、湿湿湿湿空空空空气气气气的的的的焓焓焓焓 湿湿湿湿图图图图tst1t2t3t400d1d2d3d4d5t5-t0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.5水蒸汽的分压力水蒸汽的分压力p pv v10102 2PaPa100%=常数H=常数温度温度tt含湿量含湿量g/kg(g/kg(干空气）干空气）Han Dong-TaiHan Dong-Tai四、四、湿空气的焓湿图及热湿比湿空气的焓湿图及热湿比一一.h-h-图图注意：注意：h-h-图随图随P P改变而改变改变而改变A A）制图依据）制图依据Han Dong-TaiHan Dong-TaiB)B)线群介绍线群介绍:hh-图由下列五种线群组成：图由下列五种线群组成：1 1、定湿线定湿线（等（等线）线）等等 线是一组平行于纵坐标的直线群。线是一组平行于纵坐标的直线群。露点露点t td d是湿空气冷却到是湿空气冷却到 100%100%时的温度。时的温度。因此含湿量因此含湿量相同，状态不同的湿空气具有相同，状态不同的湿空气具有相同的露点。相同的露点。Han Dong-TaiHan Dong-Tai2 2、定焓线定焓线（等（等h h 线）线）等等 h h 线是一组与横坐标轴成线是一组与横坐标轴成135135的直线群。的直线群。等等 h h线亦可近似看成定湿球温度线（线亦可近似看成定湿球温度线（t tw w）3 3定温线定温线（等（等t t线）线）由由H H=1.005=1.005t t+0.001+0.001d d(2501+1.859(2501+1.859t t)，当，当t t=定值时，定值时，H H 和和d d 成直线变化关系。成直线变化关系。t t不同时斜率不同时斜率 不同。因此等不同。因此等t t线是一组互不平行的直线，线是一组互不平行的直线，t t愈高，愈高，则等则等t t线斜率愈大。线斜率愈大。Han Dong-TaiHan Dong-Tai4 4、定相对湿度线定相对湿度线（等（等 线）线）定定 线是一组向上凸的曲线群。线是一组向上凸的曲线群。100%100%饱和空气曲线把饱和空气曲线把h-dh-d 图分成两部分，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。曲线以上为未饱和湿空气，曲线以下无实际意义。Han Dong-TaiHan Dong-Tai5 5、水蒸汽分压力线、水蒸汽分压力线当当d d 0.6220.622时，则时，则p pw w与与d d近似成直线关系。所以近似成直线关系。所以 图中图中d d很小那段的很小那段的p pw w为直线。该曲线画在为直线。该曲线画在=100%=100%等湿线下方，等湿线下方，p pw w的单位为的单位为kPa kPa Han Dong-TaiHan Dong-Tai二、热湿比二、热湿比:反映过程变化中从反映过程变化中从反映过程变化中从反映过程变化中从1 1 1 1状态到状态到状态到状态到2 2 2 2状态直线相对状态直线相对状态直线相对状态直线相对于于于于d d d d坐标轴线的倾斜角度坐标轴线的倾斜角度坐标轴线的倾斜角度坐标轴线的倾斜角度,角系数角系数角系数角系数用途用途用途用途:已知已知已知已知1 1 1 1点和点和点和点和2 2 2 2点的任一参数点的任一参数点的任一参数点的任一参数,通过通过通过通过 可以可以可以可以定位定位定位定位定焓线和定湿线将定焓线和定湿线将定焓线和定湿线将定焓线和定湿线将H-d H-d H-d H-d 图分为四个象限图分为四个象限图分为四个象限图分为四个象限Han Dong-TaiHan Dong-Tai