03 混合气体和湿空气

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二、湿空气的焓
1. 定义： 湿空气的焓指1kg干空气及与之混合的水蒸气的焓的和。
h ha hv
2. 工程上用经验公式
h 1.005t 2501 1.86t ) （
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【判断】 一． 两种湿空气的相对湿度相同，但一个温度高， 一个温度低，则温度高的空气的吸湿能力大于 温度低的空气的吸湿能力。 二． 含湿量不变时，湿空气温度越高，则相对湿度 越小。
M 空气 i M i 28.965g/mol
R空气 R 287.05J/(kg K) M 空气
pN2=0.981×105×0.78026=7.65×104 Pa
根据式pi= φi p 得
pO2 =0.981×105×0.21000=2.06×104 Pa
pCO2 =0.981×105×0.00030=29.43 Pa pH2 =0.981×105×0.00014=13.73 Pa
Rg,i某组成气体的气体常数，Rg,eq混合气体的折合气体常数。
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2. 摩尔分数与体积分数的关系
Vi Vmi ni i V Vm n
Vmi ：某组成气体的摩尔体积。
据阿伏加德罗定律，在同温同压下，任何气体的摩尔 体积相等。即：
Vmi V
Vi ni i xi V n
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混合气体
内燃机、燃气轮机装置中的燃气：N2，CO2， H2O，O2，少量CO，SO2。
空气：N2，O2，少量CO2，惰性气体。 n ni
混合气体热力性质取决于组成气体的性质及成分
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理想混合气体： pV nRT
Vm 0 0.022414 m 3 /mol
基本要求
1、 了解理想气体混合物的不同物量单位的成分、 摩尔质量和气体常数及比热容、热力学能、焓和熵 的计算。
2、 理解湿空气、未饱和空气和饱和空气的含义。 3、 理解绝对湿度、相对湿度、含湿量的含义，并 会用其分析常见现象。
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内容导览


3.1 混合气体的分压力定律和分体积定律 3.2 混合气体的成分表示法（自学） 3.3 混合气体的比热容、热力学能、焓和熵 （自学） 3.4 湿空气的相对湿度 3.5 湿空气的比湿度和湿度图（自学）
2. 分体积定律：
pVi=niRT
Σ(pVi)= Σ(niRT)
pΣVi=RTΣni=nRT=pV
V=ΣVi
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p T V
p T V
p T V 分体积Vi
p T V
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3.2 混合气体的成分表示法 混合气体的热力性质取决于组成气体的性质及成分。 一、质量分数
m2 m1 1 ， 2 …… m m

v，max
v
v v ''
相对湿度（有时叫饱和度）表示湿空气离开饱和空气的远 近程度，但不能独立表示湿空气中水蒸气含量多少。
v 0， 0 空气中水蒸气含量为零，即为干空气
v v ''， 1
湿空气为饱和空气
即相对湿度越小，吸湿能力越强。
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四、干球温度﹑露点温度﹑湿球温度
pv值越大，Td值也越大。说明当大气压力一定时，露点
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§3-5 湿空气的比湿度和湿度图 一、比湿度
1. 定义： 每kg干空气中所含水蒸气的质量，又称含湿量。
mv ma
pv 0.622 p pv ps 0.622 p ps
2. 当大气压力一定时，比湿度和水蒸气的分压力有单值的对 应关系。
例如： 若ρv=0.009 kg/m3
当t=25℃，ρv''=0.0244 kg/m3，ρv''>>ρv 时
湿空气中水蒸气远未达饱和。
当t=10℃，ρv''=0.0094 kg/m3，ρv''≈ρv 时
湿空气中水蒸气基本达饱和，会感到阴冷潮湿。
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2. 相对湿度 ： 湿空气中水蒸气的分压力pv与同温度下饱和压力ps之比。 或 绝对湿度和相同温度下可能达到的最大绝对湿度（即饱和 空气的绝对湿度）之比。
i i
m

i i
i
m
i ui
i
理想气体混合物的焓等于各组元气体的焓值之和。
H Hi
i
单位质量混合气体的焓
h
m h
i
i i
m
i hi
i
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三、混合气体的熵
理想气体混合物的熵等于各组元气体处在与混合气体相同 温度，相同体积（即相同温度，压力为分压力）时熵的总 和。
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二、绝对湿度和相对湿度
1. 绝对湿度 ： 单位体积 (1m3) 的湿空气中所含的水蒸气的量。
mv 1 v V vv
即湿空气中水蒸汽的密度。 对于饱和空气，绝对湿度即为其饱和干蒸汽的密度。
1 ''v v ''v
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绝对湿度的大小不能完全说明空气的吸湿能力， 即若空气温度不同，空气的吸湿能力不同。
1. 干球温度： 用普通温度计（干球温度计）测得的温度，即湿空气 的温度。[T (或t)表示] 2. 湿球温度：
用湿纱布包裹的湿球温度计测得的湿纱布中水的温 度。[Tw (tw)表示]
说明： 湿球温度并非热力学状态 参数，其读数与掠过其上 的风速有关。工程上，在 风速2m/s-40m/s范围，Tw 可近似为表征湿空气的状 态参数。
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3. 露点温度：
在保持湿空气中水蒸气分压力pv不变的条件下，降低湿 空气温度而使其达到饱和状态，相应的温度称为露点温度。 （图3-3中状态点d）[Td (td) 表示]
即湿空气中水蒸气分压力pv所对应的饱和温度。 Td= f(pv)
越高，说明水蒸气的分压力越大，那湿空气中所含水蒸气量 就越多。
piV=niRT Σ(piV)= Σ(niRT) VΣpi=RTΣni=nRT=pV 得 p = Σpi（道尔顿分压定律）
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p T V
p
T V
p
T V
p
T V
分压力pi
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二、分体积与分体积定律
1. 分体积：
使各组成气体在保持着与混合气体相同的压 力p和相同的温度T的条件下，把各组成气体单独 分离出来时，各组成气体所占有的体积。
pAr =0.981×105×0.00930=912.33 Pa
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3.3 混合气体的比热容﹑热力学能﹑焓和熵
★总参数等于各组元气体在混合温度下单独占有混合 气体容积时相应参数的总和。
一、混合气体的比热容
质量比热容—— c
i ci
i ci'
i 1
n
J/（kg· ） K
i 1 n

i 1
n
i
1
式（3-3）
二、体积分数
V1 1 V
，
2
V2 V
……

i 1
n
i
1
式（3-4）
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三、摩尔分数
n1 x1 n
，
n2 x2 n
……
x
i 1
n
i
1
式（3-5）
四、各种分数之间的换算
1. 质量分数与体积分数的换算
mi Rg ,iT Rg ,i Vi mi Rg ,i p i i mRg ,eqT V m Rg ,eq Rg ,eq p
体积比热容—— c'
J/（m · ） K
n
3
摩尔比热容—— Cm ,eq
M eq i ci
i 1
J/（mol· ） K
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二、混合气体的热力学能和焓
理想气体混合物的热力学能等于各组元气体的热力学能之和。
U U i
单位质量混合气体的热力学能
i
U u m
U m u
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【讨论】
湿空气中水蒸气含量一定时，为什么炎热的中午感 到空气干燥，而凉爽的夜晚又感到潮湿呢？ 为什么冬季晴天衣服比较容易干？ 冬季室内有供暖装置时，为什么会感到空气干燥？
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☆ 相对湿度愈小，空气的吸湿能力愈强？
☆ 秋冬季节多雾与寒冬季节从室外进入温暖湿润的室内 玻璃眼镜片上结雾原理是否相同？
S Si
i
单位质量混合气体的熵
s i si
i
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3.4 湿空气的相对湿度 ★ ★ 湿空气是干空气与水蒸气的混合物； 湿空气可视为理想气体混合物看待； 道尔顿定律 p=pv+ pa 湿空气中水蒸气的含量或成分随地理位置、季 节、气候等条件影响随之改变。
★
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一、饱和空气和未饱和空气
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五、分压力的确定
根据分压力、分体积的概念，对混合气体中的第i组分分 别写出状态方程式：
piV ni RT
同一组成
pVi ni RT
pi Vi i p V
piV pVi
pi i p
组成气体的分压力等于混合气体的总压力与该气体 摩尔分数（或体积分数）的乘积。 ·13 ·
R 8.3145 (J/mol K)
R M eq Rg ,eq
△u= cv(t2- t1) △h= cp(t2- t1) cp - cv= Rg,eq
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3.1 混合气体的分压力定律和分体积定律 一、分压力与分压定律
1. 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。 2. 分压定律：