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12理想气体混合物及湿空气讲解

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2021理想气体混合物与湿空气最新PPT资料

2021理想气体混合物与湿空气最新PPT资料
混合物的热力学能及熵，按照它们的可加性分别 是各组元热力学能及熵的总和
7－3 理想气体混合物有关Biblioteka 数的计算一 热力学能和焓的计算
在一定温度下，理想气体混合物的热力学能、焓和比热容 分别是各组元气体在同一温度下的热力学能、焓和比热容 按成分的加权平均值。在计算比参数时，按质量分数加权 平均；在计算摩尔热力学能、摩尔焓、摩尔热容时，按摩 尔分数加权平均
7－3 理想气体混合物有关参数的计算
的温度称为绝热饱和温度。 7－4 湿空气及其状态参数 7－7 湿空气过程 在一定温度下，湿空气中水蒸气的分压力愈高，其绝对湿度愈大。 四 混合物的气体常数 2．掌握理想气体混合物的热力学能、焓、比热容和熵的计算方法，理解分压力、分容积的定义及特性。 二 分体积与分体积定律 3．理解湿空气的特点以及描述湿空气的参数和概念，了解干—湿球温度计的特点。 脚标“v〞表示该参数属于水蒸气，“a〞表示属于干空气，“s〞表示是水蒸气的饱和参数，不加脚标的量表示属于整个湿空气 脚标“v〞表示该参数属于水蒸气，“a〞表示属于干空气，“s〞表示是水蒸气的饱和参数，不加脚标的量表示属于整个湿空气 考虑到湿空气中水蒸气的质量经常变化的，而干空气的质量是稳定的，所以湿空气的比焓h是相对于单位质量的干空气而言的 又称为蒸发冷却过程 四 定相对湿度各组线簇 7－3 理想气体混合物有关参数的计算 随着温度值的增大，斜率亦逐渐增大
7－4 湿空气及其状态参数
二 描述湿空气的参数
脚标“v〞表示该参数属于水蒸气，“a〞表示属于干空 气，“s〞表示是水蒸气的饱和参数，不加脚标的量表示 属于整个湿空气
1 绝对湿度
在一定温度下，湿空气中水蒸气的分压力愈高，其绝对 湿度愈大。
混合物的热力性质与其组成有关，即与其包含的各种组元 的性质，以及它们在混合物中所占的数量比率(分数)有关 。研究这种关系是研究混合物性质的主要内容。混合物的 组成是变化无穷的，其性质也是多种多样的，因而混合物 性质的研究是热力学的一个相当广阔的研究领域。理想气 体混合物中的各组元气体以及混合物整体，都遵循理想气 体状态方程式，都具有理想气体的一切特性。

理想气体混合气体及湿空气

理想气体混合气体及湿空气

x 知道
i
先求
M
再求
eq
Rg,eq
习题 汽油发动机吸入空气和汽油蒸气的混合物，其压力为0.095MPa。混合物 中汽油的质量分数为6%，汽油的摩尔质量为114g/mol。求混合气体的平均摩尔 质量、气体常数及汽油蒸气的分压力。
Hint: 角标1，2分别代表汽油和空气，依题意可知
p=95kPa, w1=6%, w2=94%, M1=114g/mol, M2=28.97g/mol R=8.31451J/(mol.K)
(Law of partial pressure and volume of gas mixture)
一、混合气体概述
▲混合气体混合物的组分都处于理想气体状态，则混合气 体也处理想气体状态；
▲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；
▲混合气体平均气体常数 Rg,eq和平均摩尔质量 M e，q 依然 满足
1.质量分数 (mass fraction of a mixture)
wi
mi m
wi
mi 1 mm
mi
m m
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)
xi
ni n
xi 1
M ini
Meq
i
ni
i
n
xiMi
i
i
2） 已知混合气体质量分数 wi 时
mi
Meq
i
ni
m mi
1 (wi/Mi )
i

第十二章理想气体混合物及湿空气

第十二章理想气体混合物及湿空气
12
武汉大学动力与机械学院 刘先斐
12-2 理想气体混合物的比热容、 热力学能、焓和熵
一、理想气体混合物的比热容
质量比热容：c wi ci
i 1 n
摩尔比热容： C m xi C m， i
i 1
n
容积比热容：C i C i
i 1
n
武汉大学动力与机械学院 刘先斐
13
二、理想气体混合物的热力学能和焓
理想混合气体的热力学能等于各组分气体的热力学 能之和。
U Ui
i 1 n n
1kg理想混合气体的热力学能： u wi ui
i 1
理想混合气体的焓等于各组分气体的焓值之和。
H Hi
i 1 n
1kg理想混合气体的焓： h wi hi wi (ui RiT )
n ni
( Mv)0 22.4 103 m3 / mol
nM eq ni M i
4
理想气体混合物可作为Rg,eq和Meq的“某种”理想气体。
武汉大学动力与机械学院 刘先斐
二、分压力和分体积定律
1.分压力定律 分压力——在与混合气体相同的温度下，各组成 气体单独占有混合气体的体积V时给予容器壁的 压力。
pO2 ,2
1 xO2 p2 p A1 2
pN2 ,2
1 xN2 p2 pB1 2
18
武汉大学动力与机械学院 刘先斐
取混合前气体状态（pA1，TA）为参考状态，则O2 及 N2 终态的熵值即为从参考状态到终态的熵变，所以
dS m xi C pmi 0
dpi dpi dT xi R Rxi T pi pi
武汉大学动力与机械学院 刘先斐 3

工程热力学课件：第12章 理想气体混合物及湿空气

工程热力学课件：第12章 理想气体混合物及湿空气
大气是由干空气和一定量的水蒸气混合而 成的，我们称其为湿空气。干空气的成分 主要是氮（78％）、氧（21％）、氩 （0.93％）、二氧化碳（0.03％）及其它 微量气体。
湿空气模型
常温常压下湿空气中的干空气基本上是 一个稳定的混合物，可视为纯物质。
常温常压下湿空气中的水蒸气量可能变。
在需要考虑湿度的热力过程中，湿空气可 视为干空气与水蒸汽的混合物
第十二章
理想气体混合物及 湿空气
纯物质
混合物与纯物质
一种化学成分组成 H2O CO2
混合物 多种化学成分（纯物质）组成
混合物中 的纯物质 称组元
CH O .N = CO +HO+.N
Air（干） 燃烧产物
过程中组元的量不变的混合物可 视为纯物质（如干空气）
压气机Air
干空气的标准成分
湿空气
湿度控制的应用
在通信行业的应用：确保设备可靠性
混合物热力性质
1 混合物的状态公理如何表达 2 如何确定混合物中各组元的状态 3 如何确定混合物整体的状态
理想气体混合物
§12-1.道尔顿分压力定律 §12-2.亚美格分体积定律 §12-3.三种分数的关系 §12-4.混合物的比热容与能、焓、熵变
wisi12
查表
si12
s20 (T2 ) s10 (T1) Rgi ln
pi 2 pi1
当组分不变时
pi2 xi p2 p2 pi1 xi p1 p1
si12
si02 (T2 )
si01(T1) Rgi
ln
p2 p1
si02 (T2 ) Rgi ln p2 si01(T1) Rgi ln p1
水在液相（或固相、气相） k =1，f=1，

12理想气体混合物及湿空气

12理想气体混合物及湿空气

wi Rgi Rg 混 xi Rg 混xi Rg 混
Rg混 Rg ,i wi
i
2)已知摩尔分数
M 混 M i xi
Rg 混
ni M i n混
R M混
n混 M 混 ni M i
M混
ni M i xi M i n混
一、理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵
1.比热容 c混 wi ci c混 xi ci
Cmp CmV R
Cm混 xiCmi
2.热力学能 U 混 U i 3.焓
U mi ui u混 ( wi ui ) m m
H 混 H i U i pV U i V pi U pV H混 i
有吸湿能力。 所以，绝对湿度不能完全说明空气的吸湿能力，为此，引 入相对湿度的概念。 相对湿度：湿空气中水蒸气分压力pv，与同一温度同样总 压力的饱和湿空气中水蒸气分压力ps(t)的比值，称为相对湿 度，以φ表示。
pv v '' s p) (p ps
相对湿度
v s
10
20
30
ps / kPa 0.6556 1.2279 2.3385 4.2451
pv 0.655 6 kPa
20 C pv ps 空气未饱和 1 C
pv ps
空气饱和
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)
三 露点（dew point）
H 混 H i mi hi h混 ( wi hi ) m m m
4.熵

焓湿图及相关知识分享

焓湿图及相关知识分享

焓湿图1、理想气体混合物2、湿空气3、湿空气性质4、焓湿图5、湿空气过程1、理想气体混合物（1）道尔顿分压定律：在温度、总体积保持不变，混合气体的总压力p等于各组成气体分压之和。

（2）亚美格分体积定律：在温度、总压力保持不变，理想气体的分体积之和等于混合气体的总体积。

（3）适用条件：理想气体状态（各组分气体的分子不具有体积，分子间不存在作用力，处于混合状态的个组分气体对容器壁面的撞击效果如同单独存在于容器时一样）。

2、湿空气（1）定义：指干空气和水蒸气的混合空气。

（2）可作为理想气体混合物。

3、湿空气性质（1）露点（温度）：在保持水蒸气量不变的情况下（水蒸气分压力不变），未饱和湿空气冷却达到饱和状态时（即将结出露珠时）的温度，这个临界温度称之为露点温度td。

可用湿度计或露点仪测量。

t d=f（P v）。

机器露点指空气经喷水室或表冷器处理后接近饱和状态（100%相对湿度线）时的终状态点。

（2）相对湿度φ：湿空气中，水蒸气的分压力p v，与同一温度下同样总压力的饱和湿空气中水蒸气的分压力p s（t）的比值。

（3）含湿量d：1kg干空气所带有的水蒸气质量。

绝对湿度ρv：单位体积的混合气体中，水蒸气的质量。

（4）焓值h：指含有1kg干空气的湿空气的焓值，等于1kg干空气的焓值与dkg水蒸气的焓值之和。

基准：0℃下的干空气和0℃下的水蒸气的焓。

干空气比焓ha=1.005t；水蒸气的比焓hv=2051+1.86tH=1.005t+d（2501+1.86t）KJ/kg干空气（5）湿球温度tw：就是用湿球温度计测出的空气温度。

也就是说将温度计的水银球用浸水的纱布包裹起来，所测得的稳定的空气温度。

从理论来说，湿球温度就是室内放置一盆水，水吸收空气中的热量后部分水蒸发成水蒸汽释放到空气中，增加空气的潜热，而空气失去了热量，温度降低失去了空气的显热。

当这一热湿交换达到平衡以后，空气所得的潜热（水蒸汽）和所失的显热（温度降低）达到平衡后，其空气的总热量（焓值）不变时，此时的水面空气的温度就是空气的湿球温度（即增加的潜热等于失去的显热时）。

工程热力学 第十二章 理想气体混合物及湿空气 图文

南京航空航天大学
平均气体常数， 折合气体常数
理想气体混合物
u
cv
t2 t1
(t2
t1 )
h
cp
t2 t1
(t2
t1 )
cp cv Rg,eq
因此，把理想气体混合物看出是气体常数和摩 尔质量分别为Rg,eq和Meq的某种假想气体。
pV m混 Rg,eqT
南京航空航天大学
混合气体的分压力定律
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。
1 ln 2
pN2 ,2 pB1
南京航空航天大学
2R ln 1 2R ln 2 2
湿空气与干空气
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组成。水蒸气以外的所有组 成气体称为干空气，看作是不变的整体。湿空气是 指含有水蒸气的空气。
南京航空航天大学
成分 O2 N2 Ar CO2
pV nRT p1V n1RT piV ni RT pmV nm RT
南京航空航天大学
Vpi RT ni nRT
p pi 道尔顿分压力定律
混合气体的分体积定律
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。
pV nRT
pV1 n1RT pVi ni RT
pVm nmRT
T
ps
干空气 ＋
过热水蒸气
pv
pv < ps(T)
南京航空航天大学
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)
南京航空航天大学
湿空气
分析湿空气时假定： 1）把气相混合物看作是理想气体混合物； 2）当蒸汽凝结成液相或固相时，液相或固相

《工程热力学》第十二章理想气体与湿空气资料


m p 2、确定方法
v
v
A：由水与水蒸汽表、图确定：
v
V R T 1）未饱和湿空气：由空气温度t，湿空气水蒸
gv
汽分压力pv，查过热蒸汽表比体积v，得ρ v 的值
2）饱和湿空气：由空气温度t=ts，查饱和水 与饱和水蒸汽表得ρ ” ， ρ v = ρ ”
B：近似计算：根据理想气体状态方程式
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 P，V2，T
V n Vi RmT n ni nRmT
i 1
P i1
P
Vi niRmT P
亚美格定律：理想气体混 合物的容积等于各组分气 体分容积的总和
6
二、理想气体混合物成分及换算关系
1、混合物各种成分
质量成分Wi： 摩尔成分Xi：
pb pa pv
5、露点温度：湿空气水蒸气分压力Pw 对应的饱和温度Td，为湿空气的露 点温度
水蒸气分压力
13
未饱和湿空气：过热水蒸气与干空气组成的湿空气，A点 饱和湿空气：饱和水蒸气与干空气组成的湿空气，B、C点
P
T
Ps
0
Ps
B 吸湿达饱和
T
T
Pv
B
吸湿达饱和 A
Pw
C
A 降温结露
Td
降温结露 Cs
第十二章 理想气体混合物与湿空气（3学时）
基本内容 理想气体混合物热力学（内）能焓、熵、比热的
计算；湿空气；绝对湿度、相对湿度、含湿量； 湿空气密度、气体常数、焓；湿空气湿度测定； 焓湿图应用。 基本要求 掌握理想气体混合物热力学（内）能、焓、熵、 比热的计算；掌握湿空气性质、术语；了解湿 空气各参数间基本关系；掌握焓湿图应用。

理想气体混合物及湿空气

第十二章 理想气体混合物及湿空气
教学目标：使学生掌握理想气体混合物的计算； 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。了解冷却塔的原理。
知 识 点：湿空气的性质；湿空气的焓湿图；湿 空气的基本热力过程。
重 点：湿空气的h-d图的使用，它是学习通 风空调等课程不可缺少的理论基础。
ps / kPa 0.6556 1.2279 2.3385 4.2451
若空气中pv 0.6556kPa
20oC 1oC
未饱和 饱和
或：温度为t的湿空气，当pv<ps时，水蒸气处于过热状 态。
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
分体积定律
混合气体的折合摩尔质量及折合气体常数
混合气体成分的几种表示方法：
绝对成分
项目
混合气体 第i种组成气体
质量kg 摩尔数kmol 容积m3
m
n
V
mi
ni
Vi
相对成分
相对成分=
分量 总量
质量分数：
wi
mi m
,
wi 1
摩尔分数：
xi
ni n
,
xi 1
体积分数：
i
Vi V
,
i 1
Vi为分体积
xi i
xi
ni n
mi M i m M eq
M eq Mi
wi
xi
M eq Mi
wi
R R
Rg ,eq Rg ,i
wi
Rg ,i Rg ,eq
wi
12-2 c, u, h, s of mixed ideal gas

12第12章理想气体混合物及湿空气详解

折合气体常数Rg,eq可写成
Rg,eq
R M eq
pV mi RgiT mR g,eqT
Rg,eq wi Rgi
由摩尔成分的定义可得：
ni mi M i M eq xi wi n m M eq M i
考虑到：
R Mi Rg,i M eq Rg,eq
Rg,i Rg,eq
可见，摩尔分数不仅取决于质量分数，还和各组分气体的气体常 数（或摩尔质量）有关。
Rg ,eq Rg,i wi Rg,H2 wH2 Rg,CO2 wCO2 4.124 kJ/(kg K) 0.1 0.189 kJ/(kg K) 0.9 0.5825 kJ/(kg K)
干空气的分压力 pa ， 水蒸气的分压力 pv p = pa + pv
三、相对湿度
湿度—空气的潮湿程度，与空气中所含水蒸气量有关。
1、绝对湿度(absolute humidity)
每立方米湿空气中水蒸气的质量，即湿空气中水蒸气的密度ρv ， 单位kg/m3 1 pv 1 pv vv RgvT v 1） v 理想气体 vv vv RgvT 2）
xCO2 xH2
可见，质量分数高的组分，摩尔分数未必高。
12-2 混合物的比热容、热力学能、焓和熵
一、比热容 混合气体吸收的总热量 Q
Q
i
1kg混合物吸收的热量应等于各组分吸收热量之和，即
q wi qi
根据比热容的定义式得
c
q
dT
(wi
qi
dT
) wi ci
dpi dpi dT xi R Rxi T pi pi
0 pi2 S n混 S混m 2 Rxi ln pi1
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二 未饱和湿空气和饱和湿空气 过热蒸汽 未饱和湿空气 饱和湿空气
水蒸气
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
12-3 湿空气
2、饱和湿空气 干空气 ＋ 饱和水蒸气
pv ＝ ps(T)
T
ps
温度一定，不能再加入水蒸气。
s
12-3 湿空气
1 T 加水蒸气 从未饱和到 2 3
12-3 湿空气
一 干空气和湿空气 地球上的大气由氮、氧、氩、二氧化碳、水蒸气及极微 量的其他气体组成。 干空气：完全不含水蒸气的空气。干空气可看作是不变 的整体。 湿空气：干空气与水蒸气的混合物。 应用：空调、通风、烘干、冷却塔、储存等。 湿空气中水蒸气分压力很低，一般处于过热状态。因此，
湿空气中水蒸气也可作为理想气体计算，故而湿空气是理 想气体混合物，理想气体遵循的规律有理想气体混合物的 计算公式都可以应用。
12-3 湿空气
下标约定：a －干空气 s－饱和水蒸气 v －水蒸气 －无下标为湿空气参数
湿空气＝（干空气＋ 水蒸气 ） 分压低（0.003~0.004MPa， 一般处于过热状态，可按理 想气体计算）
理想气体混合物
p pa pv
湿空气与一般理想混合气体的最大区别： 水蒸气的含量是变量!!
12-3 湿空气
12-1 理想气体混合物
处理气体混合物的基本原则 1）混合气体混合物的组分都处理想气体状态，则混合气体也 处理想气体状态； 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。 平均摩尔质量， 折合摩尔质量
pV m混 Rg ,eq T
M eq Rg ,eq R
u fu T
h fh T
12-2 理想气体混合物的比热容、 热力学能、焓和熵
4 熵
S Si mi si
s wi si
dT dpi ds d wi si wi dsi wi c pi Rgi pi T
定比热容
pi ,2 T2 s wi c pi ln wi Rgi ln T1 pi ,1
第十二章本章基本要求Fra bibliotek理想气体混合物及湿空气
1. 熟练掌握理想混合气体的有关定律、基本概念和基本计算 2. 熟练掌握湿空气的有关基本概念: 理解绝对湿度、相对湿度、 含湿量、饱和度、湿空气密度、干球温度、湿球温度、露点 温度和角系数。 3. 熟练使用湿空气的焓湿图。 4. 掌握湿空气的基本热力过程的计算和分析。
平均气体常数， 折合气体常数
n混 ni
n混M 混 ni M i
理想气体混合物可作为Rg，eq和Meq的“某种”理想气体。
12-1 理想气体混合物
1 分压力定律和分体积定律 （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。
pV nRT
pV n1RT 1
pv
a b
a c
pv , T
饱和的途径
pv , T
ae
a d
4 v
T
ps
pv
b c d e s
a
结露 Td 露点温度
v
12-3 湿空气
三 露点
湿空气中水蒸气压力 pv 所对应的饱和温度，td=ts(pv) 。
湿润的夏天水管上常出现水珠。
干燥的冬天 pv 小，td < 0.0 oC，结霜。
12-2 理想气体混合物的比热容、 热力学能、焓和熵
1 比热容
c wi ci Cmp CmV R
xiCm ,i Cm c p cV Rg ,eq
U mi ui u ( wi ui ) m m
2 热力学能 U U i
3 焓
H H i
H mi hi h ( wi hi ) m m
pV1 n1RT
pV2 n2 RT
pVi ni RT
分体积定律 适用于理想气体
n n1 n2 V V1 V2
ni Vi
ni Vi
12-1 理想气体混合物
2 混合气体的成分
质量分数 设混合气体由 1, 2 , 3,…, i,… k 种气体组成
V V1 V2 V3
Vi
Vk Vi
i 1
k
第 i 种组元气体的体积分数：
Vi Vi i V n 1
Vi i V
各组元体积分数之和为1
12-1 理想气体混合物
三种分数之间的关系
Vi ni i xi V n ni mi M i M eq xi wi Rg ,i n m M eq M i xi wi Rg ,eq R Rg ,eq M eq Rg ,i M i
n n1 n2 n3
ni
nk ni
i 1
k
第 i 种组元气体的摩尔分数：
ni ni xi n n 1
ni xi n
各组元摩尔成分之和为1
12-1 理想气体混合物
体积分数 设混合气体由 1, 2 , 3,…, i,… k 种气体组成 体积数
T
T
b c d
ps
pv
a
例： pv=0.04bar 大气温度t=30oC td=28.98oC 冷水管 t = 20oC
s
v e
12-4 湿空气的状态参数
1 绝对湿度 v
每立方米湿空气中水蒸气的质量， kg 水蒸气 / m3 湿空气
pvV mv RvT pv 1 mv v vv V RvT
m m1 m2 m3
第 i 种组元气体的质量分数：
mi
mi wi m
mk mi
i 1
k
mi mi wi m m 1 各组元质量成分之和为1
12-1 理想气体混合物
摩尔分数 设混合气体由 1, 2 , 3,…, i,… k 种气体组成 摩尔数
p2V n2 RT
pV ni RT i
道尔顿分压定律 适用于理想气体
n n1 n2 p p1 p2
ni pi
ni pi
12-1 理想气体混合物
（2） 分体积力定律 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。
pV nRT