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1、第13章 理想混合气体和湿空气,Ideal-Gas Mixtures and Wet Air,研究对象,无化学反应的理想气体混合物,例：锅炉烟气 CO2,CO,H2O,N2,燃气轮机中的燃气,空调工程中的湿空气,水蒸气含量低，稀薄，当作理想气体,水蒸气含量可变化，单独研究,本章主要内容,1、成分描写,2、分压定律和分容积定律,3、混合物参数计算,4、湿空气,13-1 混合气体的成分,第 i 种组元气体的质量成分：,设混合气体由1,2,3,i,k种气体组成,各组元质量成分之和为1,Mass Fraction,摩尔成分 mole fraction,设混合气体由1,2,3,i,k种气体组成,摩尔数,
2、第 i 种组元气体的摩尔成分：,各组元摩尔成分之和为1,平均摩尔质量M和折合气体常数R,设混合气体的平均摩尔质量为M，摩尔数为n，则混合气体质量,折合气体常数,平均摩尔质量为M,Gas constant of gas mixture,与xi的换算,已知 xi,9-2 分压定律和分容积定律,Daltons law of additive pressures:The pressure of a gas mixture is equal to the sum of the pressures each gas would exert if it existed alone at the mixtur
3、e temperature and volume,p T V,分压力pi,partial pressure,分压定律,p T V,分压力pi,压力是分子对管壁的作用力,分压定律的物理意义,混合气体对管壁的作用力是组元气体单独存在时的作用力之和,理想气体模型,1.分子之间没有作用力 2.分子本身不占容积,分压力状态是第i 种组元气体的实际存在状态,质量成分与混合物气体常数,kJ/kg.K,Amagats law of additive volumes:The volume of a gas mixture is equal to the sum of the volumes each gas w
4、ould occupy if it existed alone at the mixture temp.and pressure,p T V,分容积Vi,partial volume,分容积定律,p T V,分容积Vi,容积成分,摩尔成分,volume fraction,为什么引入分容积定律,混合气体的测量,成分分析仪,得到,分压力状态是第i 种组元气体的实际存在状态,13-3 混合气体的参数计算,质量，摩尔数，压力，容积，内能，焓，定压比热容，定容比热容，熵，Ex,总参数,加和性,总参数是各组元在分压力状态下的分参数之和（除总容积）,混合物总参数的计算,质量守恒,摩尔数守恒,分压定律,混合物
5、比参数的计算,加权性,kJ/kg,kJ/kmol,混合气体,内能,混合物比参数的计算,kJ/kg,kJ/kmol,混合气体,焓,混合物比参数的计算,kJ/kg.K,kJ/kmol.K,定压比热容,kJ/kg.K,kJ/kmol.K,定容比热容,混合物比参数的计算,kJ/kg.K,kJ/kmol.K,熵,kJ/kg.K,kJ/kmol.K,ex,混合物容积的计算,分容积定律,总容积,比容,m3/kg,m3/kmol,13-4 同T同p下理想气体绝热混合熵增,典型的不可逆过程,A,B,p T xA,p T xB,p T 1mol,A+B,13-4 同T同p下理想气体绝热混合熵增,A,B,p T x
6、B,p T xA,p T 1mol,A+B,多组元,同T同p下理想气体绝热混合熵增的说明,1、混合熵增仅与xi有关，与气体种类无关,0.2kmol O2与 0.8kmol N2，同T同p下混合成1kmol,0.2kmol H2与 0.8kmol O2，同T同p下混合成1kmol,2、似乎同种气体同T同p下混合熵增也等于上式,但根据熵的广延性，同种气体同T同p下混合熵增等于0,吉布斯佯谬,无分压力概念,同T同p下理想气体绝热混合Ex损失,A,B,p T xA,p T xB,p T 1mol,A+B,混合前,混合后,混合前后Ex损失,同T同p下理想气体绝热混合焓Ex损失,举例,O2,N2,绝热刚性
7、容器中，p1,O2=0.5MPa,nO2=0.6kmol的氧气与p1,N2=0.8MPa,nN2=0.4kmol氮气实现等温混合，试求混合气体的压力和混合熵增。,解：,举例解答,O2,N2,举例解答,混合熵增,举例解答,混合熵增,举例,若两种气体皆为氧气，混合气体的压力和混合熵增又为多少。,熵是状态参数，具有可加性,不同参数的混合熵,湿空气（干空气水蒸气）,空调、通风、烘干、冷却塔、储存,13-5 湿空气的性质,湿空气与一般理想混合气体的最大区别是水蒸气的成分可能变化。,分压低,理想混合气体,Dry air,Atmospheric air,饱和蒸汽,1、未饱和湿空气,未饱和湿空气和饱和湿空气,
8、过热蒸汽,水蒸气,干空气过热水蒸气,pv ps(T),Insaturated air,2、饱和湿空气,未饱和湿空气和饱和湿空气,pv ps(T),T,s,ps,温度一定，不能再加入水蒸气,Saturated air,从未饱和到饱和的途径,T,s,pv,ps,a,b,d,c,e,结露,Td 露点温度,Td=Ts(pv),结露与露点Dew-point,湿润的夏天水管上常出现水珠?,冷水管t=20oC,T,s,d,td=28.98oC,干燥的冬天pv小，,td 0.0 oC,结霜 frost,结雾？fog,湿空气中所含水蒸气的量,湿空气的湿度,1、相对湿度 relative humidity,2、比
9、湿度 Specific humidity 含湿量 Humidity ratio,d,1、相对湿度relative humidity,1 饱和湿空气,在相同的温度下：,相对湿度,0 干空气,0 1 未饱和湿空气,表明湿空气与同温下饱和湿空气的偏离程度,反映所含水蒸气的饱和程度,2、比湿度(含湿量)Specific humidity,湿空气中干空气的量总不变，以此为计算基准,比湿度,kg水蒸气/kg干空气,以单位质量干空气为基准，理想混合气体,kJ/kg干空气,工程上，取0oC时,13-6 湿空气的焓、熵和容积,干空气的焓,水蒸气的焓,温度t下,饱和水的焓hv=0,湿空气的熵,kJ/kg干空气.K
10、,湿空气的容积,m3/kg干空气,分压定律,9-7 比湿度的确定和湿球温度,无法直接测量,间接方法,1.绝热饱和温度法,d1,1,2,mf,1,2,T2,Adiabatic saturation temperature,比湿度的确定,空气,d1,1,2,mf,1,2,热力学第一定律,水蒸气,比湿度的确定,d1,1,2,mf,1,2,测得T1,T2,p,湿球温度Wet-bulb Temp.,2.干湿球温度法,图5-9 干湿球温度计,t=tw=ts(pv),球面上,蒸发热=对流热,tw绝热饱和温度T2,干球温度,湿球温度与露点温度,图5-9 干湿球温度计,t=tw=td,tw,td,t,t tw
11、td,Dry-bulb temperature,9-8 湿空气的焓湿图与热湿比,湿空气的参数很多，有多少独立的变量,根据吉布斯相律,组元数 2,pb,h,d,焓湿图,相数 1,固定,Psychrometric charts,焓湿图的结构,d=0 干空气,d,h,135度,焓湿图的结构,d,h,正斜率的直线,等干球温度线,焓湿图的结构,d,h,是一组向上凸的线,等相对湿度线,饱和线,上部未饱和线,下部无意义,干空气d=0,焓湿图的结构,d,h,4、线,ts=99.63oC,焓湿图的结构,d,h,焓湿图的结构,d,h,6、露点td,pv下饱和湿空气,td,焓湿图的结构,d,h,7、湿球温度tw,绝
12、热饱和温度,td,tw,t,湿球温度与绝热饱和温度,d1,1,2,mf,1,2,热力学第一定律,焓湿图的结构,d,h,8、热湿比,h-d图上为直线,:,:,:,:,角系数：过程方向 与特征,焓湿图的结构,d,h,8、热湿比,1,2,已知初态1,过程斜率已知可确定终态,焓湿图的结构,d,h,不同的pb不同的h-d图,13-9 湿空气的基本热力过程,一、单纯加热或冷却过程,d不变,d,h,1,2,2,加热,放热,Simple Heating and Cooling,二、冷却去湿过程,d,h,1,2,2,3,4,Cooling with Dehumidification,三、绝热加湿过程,d,h,1
13、,2,d1,h1,d2,h2,d2-d1,h水,t1,t2,蒸发冷却过程,Adiabatic Humidification,四、加热加湿过程Heating with Humidification,d,h,1,2,d1,h1,d2,h2,d2-d1,h水,t1,t2,q,h2,h1,3,h3,五、绝热混合过程,空调工程常用方法,d1,d2,ma2,ma1,ma3,d3,Adiabatic Mixing of Airstreams,五、绝热混合过程,d,h,1,2,h3,h2,3,h1,d1,d2,ma2,ma1,ma3,d3,ma1,ma2,例题,d,h,1,2,已知空气的t1=20oC，p1=
14、0.1MPa将其加热至t2=50oC，后送入干燥室，从干燥室排出时t3=30oC，求：1）2）从干燥室每吸收1kg水分所需空气量和加热量,h2,h1,3,绝热加湿过程等焓过程,d,h,1,2,d1,h1,d2,h2,d2-d1,h水,t1,t2,例题,d,h,1,2,h2,h1,3,根据t1=20oC，p1=0.1MPa，,根据d2=d1,t2=50oC,根据h3=h2,t3=30oC,例题,d,h,1,2,已知空气的t1=20oC，p1=0.1MPa将其加热至t2=50oC，后送入干燥室，从干燥室排出时t3=30oC，求：1）2）从干燥室每吸收1kg水分所需空气量和加热量,h2,h1,3,d,h,1,2,h2,h1,3,含1kg干空气的湿空气所吸收水分,每吸收1kg水分所需干空气,每吸收1kg水分所需湿空气,每吸收1kg水分所需加热量,第13章 小结 Summary,1、成分描写,2、分压定律和分容积定律,3、混合物参数计算（混合熵增）,4、湿空气概念与计算,
