混合气体和湿空气
工程热力学第12章混合气体和湿空气
4
平均摩尔质量， 折合摩尔质量
pV mRg,eqT MeqRg,eq R
平均气体常数， 折合气体常数
(Mv)0 22.4103m3 / mol
neq Σni
neqMeq niMi
理想气体混合物可作为具有Rg,eq、Meq的“某种”理想气体。
第12章开篇
第十二章 混合气体和湿空气
Gas mixtures and moist air
？ ★ 神舟×号飞船发射前1天下午来自发射场的电话
气体中含有杂质水蒸气，按设计总压0.1MPa时含量在××以 下，现场验收总压 x MPa,测试数据为┄，气体合格否
★ 冷却塔操作人员的疑惑
？ 某次数据记载：
冷水温度低于湿 空气入口温度
pa
p pv
p
d汽膜 d主流
25
26
12-4 湿空气的焓-湿图(psychrometric chart)
一、湿空气的焓
h
H ma
maha mvhv ma
ha
dhv
kJ/kg干空气 kJ/kgDA
h 1.005t d
25011.86t
kJ/kgDA
C
kg/kgDA
C
hv 25011.8903t hv 25011.842t hv 25011.964t
t/ C
1 10
20 30
ps / kPa 0.6556 1.2279 2.3385 4.2451
如 pv = 0 .656 6 kPa，1℃时 pv = ps，无吸湿能力
10℃时pv < ps，有吸湿能力。
21
第六章 湿空气
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。
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)
饱和蒸汽
1)未饱和湿空气
T
ps pv
干空气 ＋ 过热水蒸气
pv < ps(T)
加入水蒸气，pv
s
2)饱和湿空气
干空气 ＋ 饱和水蒸气
T
ps
pv ＝ ps(T)
s
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。
mV V d ma a
根据理想气体状态方程
paV ma RgaT
pV V mv RgV T
将
Rga 287 J / kg K RgV 461 .5 J / kg K
空气调节(第四版)-基础知识-105题
空气调节（第四版）—基础知识赵荣义范存养薛殿华钱以明编1、在工程上，将只实现内部环境空气温度的调节技术称为，将为保持工业环境有害物质浓度在一定卫生要求范围内的技术称为。
（第1页）供暖或降温；工业通风。
2、空气调节应用于工业及科学实验过程一般称为“空调”，而应用于以人为主的空气环境调节则称为“空调”。
（第2页）工艺性；舒适性。
3、湿空气是指和的混合气体。
（第5页）干空气；水蒸气。
4、根据道尔顿定律，湿空气的压力应等于与之和。
（第5页）干空气的压力；水蒸气的压力。
5、在理论上，是在定压绝热条件下，空气与水直接接触达到稳定热湿平衡时的绝热饱和温度，也称。
（第11页）湿球温度；热力学湿球温度。
6、空调房间冷（热）、湿负荷是确定空调系统和空调设备的基本依据。
（第20页）送风量；容量。
7、在室内外热、湿扰量作用下，某一时刻进入一年恒温恒湿房间内的总热量和湿量称为在该时刻的和。
（第20页）得热量；得湿量。
8、在某一时刻为保持房间恒温恒湿，需向房间供应的冷量称为；为补偿房间失热而需向房间供应的热量称为。
（第20页）冷负荷；热负荷。
9、在某一时刻为保持房间恒温恒湿，需向房间供应的冷量称为；为维持室内相对湿度所需由房间除去或增加的湿量称为。
（第20页）冷负荷；湿负荷。
10、房间冷（热）、湿负荷量的计算必须以室外和室内要求维持的为依据。
（第20页）气象参数；气象条件。
11、空调房间室内温度、湿度通常用两组指标来规定，即和。
（第20页）温度湿度基数；空调精度。
12、室内温、湿度基数是指在空调区域内所需保持的空气与。
（第20页）基准温度；基准相对湿度。
13、根据空调系统所服务对象的不同，可分为空调和空调。
（第20页）舒适性；工艺性。
14、在ISO 7730标准中以PMV—PPD指标来描述和评价热环境。
该指标综合考虑了人体活动强度，衣服热阻（衣着情况），，平均辐射温度，空气流动速度和等六个因素。
（第23页）空气温度；空气湿度。
湿空气
湿空气的分子量随水蒸气分压力的增加 而减少，而且始终小于干空气的分子量。 2、湿空气的气体常数
8314 R M 8314 pv 28.97 10.95 B 287 pv 1 0.378 B
由上式可知，湿空气的气体常数随水蒸 气分压力的增加而增加。
五、绝对湿度与相对湿度 湿空气作为一种混合气体，若要确定它 的状态，还需要知道湿空气的成分。湿 空气中水蒸气的含量通常用湿度来表示， 其表示方法有二种： 每立方米空气中所含有的水蒸气质量， 称为湿空气的绝对湿度。
饱和蒸汽
1、未饱和湿空气
T
ps pv
干空气 ＋ 过热水蒸气
pv < ps(T)
加入水蒸气，pv
s
未饱和湿空气和饱和湿空气
2、饱和湿空气
干空气 ＋ 饱和水蒸气
T
ps
pv ＝ ps(T)
温度一定，不能 再加入水蒸气
s
若温度不变，向湿空气加入水蒸气，过 程线为a-b，b点达到饱和状态。此时为定 温下，水蒸气达到最大的分压力，即饱 和分压力，水蒸气为干饱和水蒸气。此 时，湿空气所处状态为饱和空气。继续 加入水蒸气将有水滴析出。 对于未饱和湿空气在pv不变条件下冷却， 为饱和空气的温度将降低，这时湿空气 的含量不会发生变化，过程线为a-c，c点 达到饱和状态，c点温度称为露点温度。 用td表示。
湿空气稳定通过内部储有水的长通道后 出口处湿空气达到饱和状态此时的温度 就是绝热饱和温度。用t*w表示。 由热力学第一定律
h1+hw=h2 h1+cptw(d2-d1) ×10-3=h2 或 h2-h1= cptw(d2-d1) ×10-3 在一般工程中，可以近似认为 h1=h2
沈维道《工程热力学》(第4版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(第12~13章)【圣才出品】
V Vi
i
道尔顿分压力定律和亚美格分体积定律只适用于理想气体状态。
2．混合气体的成分
（1）气体混合物占组成含量百分数分类
①质量分数；
1 / 64
(12-3)
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②摩尔分数；
③体积分数。
（2）各种百分数的表示方法
①质量分数是组分气体质量与混合气体总质量之比，第 i 种气体的质量分数用 wi 表示
律。
（2）分体积定律
另一种分离方式如图 l2-1 所示。各组成气体都处于与混合物相同的温度、压力(T、p)
下，各自单独占据的体积Vi 称为分体积。对第 i 种组成写出状态方程式为 pVi ni RT
(12-2)
图 l2-1 理想气体分体积示意图 对各组成气体相加，得出
pVi RT ni
i
i
可得
i
xi
i
Rg ,eq
1
Rg ,eq Rg .i wi
i
（12-10）
二、理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵 1．理想气体混合物的比热容
混合气体的比热容是 lkg 混合气体温度升高 l℃所需热量。1kg 混合气体中有 wi kg 的
第 i 组分。因而，混合气体的比热容为
c wici
i
同理可得混合气体的摩尔热容和体积热容分别为
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沈维道《工程热力学》（第 4 版）笔记和课后习题（含考研真题）详解
第 12 章 理想气体混合物及湿空气
12.1 复习笔记
一、理想气体混合物 1．分压力定律和分体积定律 （1）分压定律
p pi
热工基础知识
• 6、减少总压头损失的措施 • A、选取适当的流速 流速大时，h失亦相应增大。流速小时会造成设备断面的过分 增大，从而浪费较多的管道材料和占用较多的建筑空间。因此， 设备内的流速应选得合适，称经验流速。 • B、力求缩短设备长度 设备长度愈大，则h摩愈大。因此，在满足生产需要下应力求 缩短设备长度。顺便指出，使管壁光滑些可减少h摩。 • C、力求减少设备的局部变化 设备的局部变化愈小，则设备的局部损失愈少，因此，应在 满足生产需要的条件下力求减少设备的局部变化。 当必须有局部变化时，也应采用如下措施： a 用断面的逐渐变化代替断面的突然变化可减少h局。 b 用圆滑转弯代替直转弯或用折转弯代替直转弯可减少h局。
• 1.2.2 运动气体的连续方程式 • 气体连续方程式是研究运动气体在运动过程中流量间关系 的方程式。气体发生运动后便出现了新的物理参数，流速和 流量就是运动气体的主要物理参数。 • 1、流速和流量 • A、流速：用符号ω表示，单位是m/s。 • B、流量 • a、体积流量：单位时间内气体流过某截面的体积称为体 积流量，用符号V表示，单位为m3/s、m3/min或m3/h。 标准状态下气体的体积流量用V0表示。生产中和资料中多 用V0表示气体的体积流量。 • b、质量流量：单位时间内气体流过某截面的质量称为质 量流量，用符号贝M表示，单位是kg/s或kg/h。
• ⑴ 气体的温度 • 绝对温标与摄氏温标的关系： K＝273.15+ t K
•⑵ 气体的压力 •a、定义： 由于气体自身的重力作用和气体内部的分子运动作 用，气体内部都具有一定的对外作用力。 •b、压力的单位 •① 以单位面积上所受的作用力来表示，例如：牛顿/ m2(Pa或 N/m2)、公斤/cm2(kgf/cm2）或公斤/m2(kgf/m2)。 •② 用液柱高度来表示：例如米水柱(mH2O)、毫米水拄 (mmH2O)和毫米汞柱(mmHg)。 •③ 用大气压来表示：大气重量对地球表面上所造成的压力称 为大气压力，常用单位是mmHg。
工程热力学名词解释专题
工程热力学名词解释专题注：参考哈工大的工程热力学和西交大的工程热力学第一章——基本概念1、闭口系统：热力系与外界无物质交换的系统。
2、开口系统：热力系与外界有物质交换的系统。
3、绝热系统：热力系与外界无热量交换的系统。
4、孤立系统：热力系与外界有热量交换的系统。
5、热力平衡状态：热力系在没有外界作用的情况下其宏观性质不随时间变化的状态。
6、准静态过程：如果造成系统状态改变的不平衡势差无限小，以致该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态，这样的过程称为准静态过程7、热力循环：热力系从某一状态开始，经历一系列中间状态后，又回复到原来状态。
8、系统储存能：是指热力学能、宏观动能、和重力位能的总和。
9、热力系统：根据所研究问题的需要，把用某种表面包围的特定物质和空间作为具体指定的热力学的研究对象，称之为热力系统。
第二章——热力学第一定律1、热力学第一定律：当热能与其他形式的能量相互转换时，能的总量保持不变。
或者，第一类永动机是不可能制成的。
2、焓：可以理解为由于工质流动而携带的、并取决于热力状态参数的能量，即热力学能与推动功的总和。
3、技术功：技术上可资利用的功，是稳定流动系统中系统动能、位能的增量与轴功三项之和4、稳态稳流：稳定流动时指流道中任何位置上的流体的流速及其他状态参数都不随时间而变化流动。
第三章——热力学第二定律1、可逆过程：系统经过一个过程后，如果使热力系沿原过程的路线反向进行并恢复到原状态，将不会给外界留下任何影响。
2、热力学第二定律：克劳修斯表述：不可能把热从低温物体转移到高温物体而不引起其他变化。
开尔文普朗克表述：不可能从单一热源吸热而使之全部转变为功。
3、可用能与不可用能：可以转变为机械功的那部分热能称为可用能，不能转变为机械功的那部分热能称为不可用能。
4、熵流：热力系和外界交换热量而导致的熵的流动量5、熵产：由热力系内部的热产引起的熵的产生。
6、卡诺定理:工作再两个恒温热源（1T和2T）之间的循环，不管采用什么工质，如果是可逆的，其热效率均为121TT-，如果不是可逆的，其热效率恒小于121TT-。
7 理想气体混合物及湿空气
第七章理想气体混合物及湿空气一、是非题1．理想气体混合物中每一种组元的参数（如热力学能及熵），可以按其作为单元物质时的参数计算。
（）2．混合物的热力学能及熵分别是各组元热力学能及熵的总和。
（）3．处于温度T、压力p 的理想气体混合物可设想成为其中各组元分别处于混合物温度T 及各自的分压力p i的状态。
（）4．湿空气的干球温度和湿球温度不可能相同。
（）5．在一定的总压力下，若湿空气的含湿量相同，则其露点温度也相同。
（）6．在一定的总压力下，若湿空气的相对湿度增大，则其含湿量也必定增大。
（）二、思考题1. 本章第一节所讲内容除理想气体以外，对非理想气体混合适用吗？2. 何谓分压力和分体积？分压力和分体积的概念可以应用于非理想气体混合物吗？分压定律和分体积定律适用于非理想气体混合物吗？3. 理想气体混合物比热容差c p–c V是否仍遵循迈耶公式？4. 为什么在计算理想气体混合物的熵时，必须采用各组元的分压力，而不应采用混合物的总压力？5. 计算理想气体混合熵产的方程式(7-20)，能否应用于某混合物与其含有的组元气体，或与包含相同组元的另一种混合物相混合的情况？6. 试导出理想气体混合物的自由能和自由焓的计算式。
7. 解释降雾、结露和结霜现象，并说明它们发生的条件。
8. 为什么说影响人体感觉和物体受潮的因素主要是空气的相对湿度，而不是绝对湿度？9. 什么是湿空气的含湿量？相对湿度愈大，含湿量愈高，这样说对吗？10. 为什么在冷却水塔中能把热水冷却到比大气温度还低？这违背热力学第二定律吗？三、习题7-1 理想气体混合物的摩尔分数为： 40.02N =x ， 10.0CO =x ， 10.02O =x ， 40.02CO =x 。
求混合物的摩尔质量、气体常数和质量分数。
7-2 理想气体混合物的质量分数为：85.02N =w ， 13.02CO =w ， 02.0CO =w 。
求混合物的气体常数，摩尔质量和摩尔分数。
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pVi ni RT
V Vi
pVi RTni nRT
分体积定律
4
三、混合气体成分
1.质量分数(mass fraction of a mixture)
wi
mi m
wi 1
2.体积分数(volume fraction of a mixture)
i
Vi V
i 1
3.摩尔分数(mole fraction of a mixture)
U 混 U i
u混
U m
mi ui m
(wiui )
c.焓 H混 Hi Ui piV Ui Vpi U pV H混
h混
H混 m
H i m
mi hi m
(wihi )
d.熵 S混 Si misi si f (T , pi )
1kg s混 wisi
9
如某种混合气体由A,B两种气体组成,混合气体 压力p,分压力为pA,pB,温度为T,则
1 vv
v
pv RgvT
2) pv pv,max ps
v s v,max ''
3）ρv数值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
10℃时pv<ps有吸湿能力。
17
二、相对湿度（饱和度）-- humidity
—湿空气中水蒸气含量与同温度下最大可能含量之比。
1 10
20 30
ps / kPa 0.6556 1.2279 2.3385 4.2451
pv 1.2279kPa
20oC 未饱和 10 oC 饱和
1oC ？ 饱和
15
空气达成饱和的途径 t不变，pv上升，pv=ps(t)
pv不变，t下降，t=ts(pv)
二.露点—dew point
湿空气中水蒸气压力pv所对应 的饱和温度，td=ts(pv) 。
b) p、 一定，t ps d 升温吸湿原理
例题\第十三章\A922133.ppt
19
四、干球温度 t —dry-bulb temperature， 湿球温度 tw—wet-bulb temperature和 绝热饱和温度t ad — adiabatic-saturation temperature
6）定v线
7）pv = f (d) 线
d 0.622 pv 0.622 pv
pa
p pv
pd pv 0.622 d
当d << 0.622时，则pv与d近似成直线关系。所以，图中d 很小那段的pv 为直线。该曲线画在φ=100%等湿线下方，pv 的单位为 kPa。
图\h-d.ppt 图\温-湿图.ppt
dS混m
xi C pmi
dT T
xi R
dpi pi
S混m
xiC pmi
ln T2 T1
Rxi
ln
pi,2 pi,1
11
例题\第三章\A4412551.ppt 例题\第三章\A4412552.ppt 讨论题\混合熵变.ppt
12
§12–2 湿空气概述
地球上的大气由氮、氧、氩、二氧化碳、水蒸气 及极微量的其他气体所组成。水蒸气以外的所有组成 气体称为干空气。因此，大气是干空气与水蒸气组成 的混合气体。
M 混Rg混 R
M混 平均摩尔质量
(Mv)0 22.4 103 m3 / mol
等等
理想气体混合物可作为Rg混和M混的“某种”理想气体。2
一、混合气体的分压力定律和分容积定律
1.分压力定律(Dalton law of partial pressure) 分压力——组分气体处在与混合气体相同容积、
27
4）定 tw 线
图\h-d.ppt
绝热增湿过程近似为等 h 过程，湿空气的湿球温 tw (近似等 于绝热饱和温度tw')是沿等h 线冷却到φ=100% 时的温度。因此， 焓值相同状态不同的湿空气具有相同的湿球温度。
5）定φ线
▲等φ线是一组上凸形的曲线。
d 0.622 ps p ps
所以总压力p 一定时，φ = f (d, t ) 。
25
二、湿空气其它状态参数
按1 kg干空气加d kg水蒸气的理想气体混合物计算 注：湿空气中水蒸气的参数可以通过查水和水蒸气 的热力性质表确定，也可以按理想气体性质计算。
三、 h-d 图 图\h-d.ppt
A）制图依据
d 0.622 ps p ps
h 1.005t d2501 1.86t
注意：h-d 图随 pb 改变而改变
▲h-d 图都是在一定的总压力p 下绘制的，水蒸气的分压
力最大也不可能超过 p。因此当湿空气温 度等于或高于100℃
时φ定义为 φ = pv/p。此时 d 0.622 1
等φ线就是等d 线，所以各等φ线与t = 100℃的等温线相交后，
向上折与等d 线重合。
28
▲φ=0，即干空气状态，这时d = 0， 所以它和纵坐标线重合。
s混 wAsA pA,T wBs B pB,T
混合气体(无化学反应)微过程中:
10
1kg:
ds混
d wisi
widsi
wi
cpi
dT T
Rgi
dpi pi
wicpi
dT T
wi Rgi
dpi pi
定比热容:
s混
wicpi
ln T2 T1
wi Rgi
ln
pi,2 pi,1
1mol
31
§12-5 湿空气的热力过程
湿空气热力过程求解的共同步骤： 1.画出流程草图； 2.在h-d图上画出过程； 3.写出水及干空气的质量守恒方程； 4.写出能量方程； 5.利用解析法或h-d图确定质、能方程中各参数； 6.求解。
32
一. 冷却、冷却去湿(dehumidification)及加热
对于冷却盘管：
相同温度单独对壁面的作用力。
pV nRT
p pi
p1V n1RT p2V n2RT
piV ni RT
Vpi RT ni nRT
分压力定律
3
2、分容积定律(law of partial volume) 分容积——组分气体处在与混合气体同温同压单独 占有的体积。
pV nRT
pV1 n1RT pV2 n2RT
pv pv
pv,max
p
18
三、含湿量d
——1kg干空气中所含水蒸气的质量
pv
d mv ma
d vV aV
v a
Rg,vT pa
Rg,aT
0.622 pv 0.622 pv
pa
p pv
0.622 ps 0.622 pv
p ps
p
kg水蒸气/kg干空气 kg/kgDA
讨论： a）当p一定时， d pv
hv 25011.842t hv 25011.964t hv 25011.850t 0.00021t2
东南大学 清华大学 北京林业大学 哈尔滨工业大学
ha 1.002t 0.00005t2 24
湿空气的焓也可由浜田棠-吉田崇式计算
h0 kJ/kg干空气 7.495628 0.7937629toC 16.93575exp(0.053106toC)
1.干、湿球温度计(wet-and-dry-bulb thermometer; psychrometer)原理
20
原理
有效汽膜层内——饱和
pv，汽膜 ( ps ) pv,主流
饱和温度 饱和温度
tw
td
t tw td
d 0.622 pv 0.622 pv 0.622 pv
pa
p pv
p
Mi M混
xi
6
c) pi xi p
Q
xi
ni n混
piV /(RT ) pV /(RT )
pi p
5.利用混合物成分求M混和Rg混
a)已知质量分数
Rg混 wi Rgi
M混
R Rg混
7
Q
wi
Rg混 Rgi
xi
wi Rgi Rg混xi Rg混xi Rg混
b)已知摩尔分数
M混
湿空气是理想气体混合物
p pa pv
Rg
R M
LL 一.未饱和湿空气(unsaturated air)和
饱和湿空气(saturated air)
空气中的水蒸气 （t，pv）
过热 t ts pv 空气未饱和 饱和 t ts pv 空气饱和
所以空气饱和与否取决于t，pv
14
如
t /o C
29
C）h-d 图应用 图\h-d.ppt 例1 已知湿空气参数
p1 0.1MPa, t1 20oC,1 65%
求其他参数 解：由温度及相对湿度在h-d 图 上确定点1的位置，由此读出
h1 44.0 kJ/kg干空气
d1 9.3g/kg干空气
由h1与 100% 交点读出 tw 16.8 oC
干空气随时间、地理位置、海拔、环境污染等因 素而产生微小的变化，为便于计算，将干空气标准化 （不考虑微量的其它气体），看作是不变的整体：
成分
相对分子质量 摩尔成分
O2
32.000
0.2095
N2
28.016
0.7809
Ar
39.944
0.0093
CO2
44.01
0.0003
13
湿空气=干空气(dry air)+ 水蒸气(water vapor)
例题\第十三章\A422144.ppt
16
§12-3 相对湿度(the relative humidity)和 含湿量(humidity; humidity ratio)