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。 7-3 锅炉烟气容积分数为： 12.02CO =x ， 08.0O H 2=x ，其余为N2。当其进入一段受热面时温度为1200℃，流出时温度为800℃。烟气压力保持p =105Pa 不变。求：(1) 烟气进、出受热面时的摩尔体积；(2) 经过受热面前后每摩尔烟气的热力学能和焓的变化量； (3) 烟气对受热面放出的热量(用平均比热容计算)。

7-4 烟气容积分数为 11.02CO =x ， 07.02O =x ， 82.02N =x ，而温度为800℃。为将其应用

于干燥设备，先将其与压力相同，温度为20℃的空气混合成500℃的混合气。求1摩尔烟气应与多少空气混合，以及混合后混合气体的体积分数(用平均比热容计算。空气成分为 79.02N =x ， 21.02O =x )。

7-5 有三股压力相等的气流在定压下绝热混合。第一股是氧气， =2O t 300℃，流量

2O m =115kg/h ；第二股是二氧化碳， =2CO t 200℃， 2CO m =200kg/h ；第三股是氮气， =2N t 400℃。混合后气流温度为275℃。试求：(1) 每小时的氮气流量(用平均比热容计算)；

(2) 每小时的混合熵产(用定值比热容计算)。

7-6 一个绝热刚性容器，起初分为两部分。一部分盛有2kg 氮气，压力为0.2MPa ，温度为30℃；另一部分盛有1.5kg 二氧化碳，压力为0.5MPa ，温度为100℃。取掉隔板后两种气体混合。求：(1)混合后的温度和压力；(2)混合过程引起的熵增(用定值比热容计算)。

7-7 温度t 1=1000℃，摩尔分数为

25.02CO =x 、 60.02N =x 、 15.0O H 2=x 的燃气，与温度t 2=300℃，摩尔成分为 79.02N =x 、 21.02O =x 的空气绝热混合。混合后温度t 3=800℃。燃

气、空气和混合产物的压力相同。计算：(1) 燃气和空气的混合比例；(2)对应于1mol 混合产物，混合过程的熵增量(用定值比热容计算)。

7-8 氮气和氦气的混合物，若处于状态T 1=300K 、p 1=0.1MPa 和处于状态T 2=560K 、p 2=0.7MPa 时混合物的熵相等，试确定混合物的摩尔分数。

7-9 氮气和二氧化碳的混合气体，在温度为40℃、压力为0.5MPa 时比体积为

0.166m 3/kg ，求混合气体的质量分数。

7-10 某容器底部盛有少量水，气空间容积为0.05m 3，抽空后密闭。在温度为30℃时测得容积内压力为5000Pa ，计算容器内尚残存多少空气。

7-11 湿空气温度为30℃，压力为105Pa ，露点温度为22℃，计算其相对湿度和含湿量。 7-12 室内空气的压力和温度分别为0.1MPa 和25℃，相对湿度为60%。求水蒸气分压力、露点温度和含湿量。

7-13 压力为标准大气压、温度为35℃、相对湿度为70%的空气，进入冷却设备中冷却，离开冷却设备时成为25℃下的饱和空气。若干空气流量为100kg/min ，求湿空气每分钟在冷却设备中排出的水分和放出的热量。

7-14 在空气调节设备中，将t 1=30℃、1=0.75的湿空气先冷却去湿到t 2=15℃，然后再加热到t 3=22℃。若干空气流量为500kg/min ，试计算：调节后空气的相对湿度；在冷却器中空气放出的热量和凝结水量；加热器中加入的热量。

7-15 氟里昂-12和氩的混合物，在定容下从90℃、0.7MPa 被冷却到–28℃时氟里昂开始凝结。试问原来混合物的组分是多少？（–28℃时氟里昂-12的饱和压力为0.11442MPa ） 7-16 将t 1=20℃、1=30%的空气，先加热到t 2=50℃

，然后送入干燥箱干燥物体，干燥箱出口的空气温度为t 3=35℃。试计算从被干燥的物体中吸收1kg 水分时所需的干空气量和加热量。

7-17 在稳定绝热流动过程中，两股空气流相混合。一股t 1=12℃、

1=0.2、流量 1a m =25kg/min ；另一股t 2=25℃、2=0.8、 2a m =40kg/min 。如所处压力均为0.1MPa ，求混合后空气的相对湿度、温度和含湿量。