第二章湿空气的物理性质及其焓湿图

99.2203
氙（Xe）
0.0000087
131.30
63.3257
氢（H2）
0.00005
2.01594
4124.4580
甲烷（CH4）
0.00015
16.04303
518.2724
氧化氮（N2O）
0.00005
44.0128
188.9146
臭氧（O3）
0~0.000007夏季
0~0.000002冬季
设混合气体的总压力为P，总体积为V。各组分气体以总体积V单独存在时的分压力为Pi；若各组分气体以总压力P单独存在时的分体积为Vi。则有：
（2-20）
9、混合气体的摩尔成分ki
混合气体的摩尔成分定义为：某组分气体的摩尔数mi与混合气体的总摩尔数m之比，即：
ki=mi/m，mi=Gi/Mi
ki与ri的关系：
相对密度的定义为：某气体单独存在时的密度与某混合气体（通常为空气）的密度之比，即：
（2-19）
相对密度 >1，表示该组分气体比空气重，容易积存于底部；相对密度 <1，表示该组分气体比空气轻，容易积存于顶部。如甲烷CH4相对于空气的分密度为0.552，比空气轻，常常积存于巷道顶部。
8、混合气体的分压力Pi与总压力P的关系
CCO2=43%时， ，人心跳加快；
CCO2=57%时， ，人员休克。
2.1.4湿空气的主要状态参数及其确定法
2.1.4.1湿空气的密度
根据上述可知，湿空气的密度等于干空气密度与水蒸汽密度之和，即
（2-27）
在标准条件下（压力为101325Pa，温度为20℃，即293.15K时），干空气的密度 ，而湿空气的密度则取决于Pq值的大小。
20.9476
31.9988
259.8429
氩（Ar）
0.934
39.934
208.2100
二氧化碳（CO2）
0.0314
44.00995
188.9268
氖（Ne）
0.001818
21.183
392.5157
氦（He）
0.000524
4.0026
2077.3150
氪（Kr）
0.000114
83.80
253.8088
32.7595
氡（Rn）
6×10-13
*
注：该表中气体成分随时间和场所的不同，有较大变化；
*氡有放射能，由Rn220和Ｒn222两种同位素构成，因为同位素混合物的原子量变化，所以不作规定。（Rn220半衰期54s，Ｒn222半衰期3.83日）
2.1.2湿空气的物理性质
通风空调的空气成分与人们平时所说的“空气”实际是干空气加水蒸汽的混合物，即湿空气。在湿空气中水蒸汽的含量虽少，但其变化却对空气环境的干燥和潮湿程度产生重要影响，且使湿空气的物理性质随之改变[4]。因此研究湿空气中水蒸汽含量的调节在通风空调中占有重要地位。
第2章湿空气的物理性质及其焓湿图
创造满足人类生产、生活和科学实验所要求的空气环境是通风空调工程的任务。湿空气既是空气环境的主体又是通风工程的处理对象，因此熟练掌握湿空气的物理性质及其焓湿图，是通风工程的必要基础。本章主要讲述湿空气的物理性质、状态参数及其焓湿图的应用。
2.1湿空气的物理性质
2.1.1空气的组成
2
体积浓度CV
CV=Vi/V ×100%
%
3
质量成分gi
gi=Gi/G
Gi—各组分气体质量，kg
4
质量浓度Cg
Cg=Gi/G ×100%
%
5
密度
kg/m3
6
分密度
kg/m3
7
比容
m3/kg
8
标准状态密度
kg/m3
Mi—千摩尔质量，kg
9
分密度 与密度 的关系
kg/m3
10
相对密度
11
分压力Pi
Pa
P—总压力，Pa;
Pi—分压力，Pa
12
摩尔成分ki
ki=mi/m
mi—组分气体摩尔数；
m—混合气体摩尔数
13
摩尔成分ki与容积成分ri的关系
ki=ri
14
平均摩尔质量M
kg
Mi—组分气体摩尔质量；
M—混合气体摩尔质量
15
气体常数R
J/kg.K
Ri—组分气体常数
16
质量浓度Cg与体积浓CV的关系
13、某种气体混入后引起混合气体中氧浓度的变化
或
或 （2-6）
式中Pg、Pq——干空气及水蒸汽的压力，Pa；
V——湿空气的总容积，m3；
mg，mq一一干空气及水蒸汽的质量，kg；
Rg，Rq——干空气及水蒸汽的气体常数，Rg=287.01J／（kg·K），Rq＝461.53J／（kg·K）；
T——湿空气的热力学温度，K。
2、温度
热力学的解释，在物理上，一般考虑能态N的自然对数，把这个叫作熵S。显然，系统内的熵增所对应的能量变化可以用来描述系统的能量特征：dS/dE。这个比值小的时候，说明比较小的熵增对应着比较高的能量变化，系统整体的能量级别很高。这一特征用物理量来描述，叫温度。即：
（2-12）
（2-13）
（2-14）
3、气体的密度
单位体积内混合气体的质量，kg/m3。显然，混合气体的总密度为各组分气体的分密度之和。
（2-15）
——同温同压同体积下各组分气体单独存在时的密度。
4、混合气体中ri与gi的关系
（2-16）
显然质量浓度与体积浓度的关系为：
（2-17）
5、标准状态下某气体的密度 i
通风工程的媒介是空气，空气是由干空气和一定量的水蒸气混合而成的，一般称之为湿空气。干空气的成分主要是氮（N2）、氧（O2）、氩（Ar）、二氧化碳（CO2）及其它微量气体；多数成分如氮（N2）、氧（O2）、氩（Ar）的含量比较稳定，少数成分如二氧化碳（CO2）的含量随季节变化有所波动，但从总体上可将干空气作为一个稳定的混合物来看待。
（2-9）
（2-10）
Vi——同温同压下某组分气体单独存在时的容积，m3；
混合气体中各组分气体容积成分之和为1。即：
（2-11）
2、混合气体质量成分gi和质量浓度Cg
质量成分gi是同温同压下某组分气体的质量Gi与混合气体总质量G之比；
质量浓度Cg是同温同压下某组分气体的质量占混合气体总质量的百分比。即：
为统一干空气的物理性质，便于工程计算，一般将海平面高度的清洁干空气成分作为标准组成。目前推荐的干空气标准成分见表2-1和图2-1所示。
表2-1干空气标准成分
气体成分（分子式）
体积百分比（%）
分子量（C-12标准）
气体常数R（J/kg.·K）
氮（N2）
78.084
28.013
296.8143
氧（O2）
102
10.197162
1
7.50062×10-1
10-3
9.86923×10-4
133.3224
13.5951
1.333224
1
1.333224×10-3
1.31579×10-3
105
1.019716×104
103
7.50062×102
1
9.86923×10-1
101325
1.033227×104
气体的摩尔体积
式中：M——摩尔质量（分子量），g/mol；G——气体质量，g；V0——标准状态体积，l。
质量为G的气体体积为 ；
则标准状态下某气体的密度为 。（2-18）
例题：求标准状态下O2、N2、CO2、Ar的密度。
解：根据公式（2-18），可得：
；
；
；
。
6、混合气体中某组分气体的分密度
7、相对密度
47.9982
173.2286
二氧化硫（SO2）
0~0.0001
64.0828
129.7487
二氧化氮（NO2）
0~0.000002
46.0055
180.7319
氨（NH4）
0~微量
17.03061
488.2185
一氧化碳（CO）
0~微量
28.01055
296.8403
碘（I2）
0~0.000001
由于Pq值相对于Pg值而言数值较小，因此，湿空气的密度比干空气密度小，在实际计算时可近似取 =1.2 kｇ／m3。
湿空气密度是一个与温度和水蒸气分压力有关的物理量，当温度、压力不变时，湿空气的密度小于干空气的密度，湿空气比干空气轻，湿空气的密度随着水蒸气分压力的增大而减小。
4、密度
单位体积的气体所具有的质量，kg/m3。
kg/m3。（2-8）
很显然，密度是比容的倒数。
如干空气及水蒸汽的密度分别为： 。
2.1.3多组分混合气体的基本性质
1、混合气体容积成分ri和体积浓度CV
容积成分ri是同温同压下某组分气体的容积与混合气体总容积之比；
体积浓度CV是同温同压下某组分气体的容积占混合气体总容积的百分比。即：
（2-4）
某种气体的气体常数Ri为普适气体常数R0除以该气体的分子量Mi，即：
（2-5）
如干空气的平均分子量为Mg=28.97，则Rg=287.0093J/（kg·K）；水蒸汽的气体常数为Rq=461.5322J/（kg·K）。
在常温常压下干空气可视为理想气体，而湿空气中的水蒸汽一般处于过热状态，且含量很少，可近似地视作理想气体。这样，即可利用理想气体的状态方程式来表示干空气和水蒸汽的主要状态参数——压力、温度、比容等的相互关系，即
1013.25
760
1.01325
1