湿空气线图(1)

多尔顿的分压法则和状态方程式 A、多尔顿分压法则 气体混合状态下，只要没有发生化学变化，混合后的全压与各自气体单独时的 分压之和相等。假设各自气体的压力分别为P1、P2、P3 ……，在一定温度下将其 混合，并保持体积相等，混合后的全压P= P1+P2+P3……。这就是多尔顿分压法则， 套用到湿空气中即为： 全压 = 干空气压力 + 水蒸气压力 B、状态方程式 决定气体状态的物理量——状态量（压力P、体积V、温度T等），只有确定了两 个要素就可以决定其他的值。表现P、V、T相互关系的状态方程式中含有许多要素。 针对以空气调节为对象的温度、压力下的空气以及成分，下列理想气体的状态方程 式在实际应用方面具备足够的精度。 PV = mRT 该方程式也被称为波义耳查理方程式。R为气体常数KJ/（kg・K），是气体固有的值。 代表性的气体常数见表1.2。m是气体的质量kg。
（二）空气的组成
有许多混合物质浮游空气中。局部来讲，特殊气体较多，但广泛意义上空气是 具备固定组成的气体。除掉水蒸气，前面所述的均一圈内的成分也是一定的。 空气的主要成分有：氮气N2、氧气O2、氩气Ar、二氧化碳CO2，另外还包含氖Ne、 氦He、氪Kr等。 由于空气中所含的水蒸汽量根据温度变化而变化，不含水蒸气的空气称为干空 气，含水蒸气的称为湿空气。以干空气为基准进行考虑比较简便。表1.1为干空气的 组成。 占绝大部分的氮气是无色、无味、无臭、无毒的气体，也有无色液体和无色结 晶体。常温下没有活性，燃烧和呼吸时可发挥氧气稀释剂的作用。 氧气是无色、无臭的气体。氧气O2每个分子带两个原子，臭氧O3每个分子带三 个原子。 大气和空气 大气是包裹地球整体的气体的总称，空气是指和人类生活环境密切相关的气体。 各种表述：大气压、大气污染、大气圈等给人一种规模很大的感觉。空气压、空气 压缩机、排气装置、空气枪、空气枕、空气传染等，是身边可以实际获得的实物。
地面上空1000km以 上温度为 700~2000℃，根据 太阳活动而发生变 化。 地面上空80km 附近的年平均 值最低为零下 100℃。
平流层的最上 层附近，年平 均气温为 0~10℃。
对流层的上空，越 往上气温越低，平 均在零下50到零下 60℃之间，热带和 极地间的温差很大。
从地表到中圈约80km高的大气成分基本一定，此处称为“均一圈”。对流层的 厚度依据地点不同而不同，温带地区约10km，热带地区16km。除去一部分卷云等此 圈有云层。 10000km处以及大气层水蒸气的成分99%以上存在于对流层。一般将包含此水蒸 气的大气称为空气。 对流圈内，原则上高度越高温度越低，每1km降低6℃，这个比例称为气温降低 率。随着高度上升，大气压降低。将海面上0m的平均气压101.325kPa作为标准气压。 设标准气压为P0，高度H（m）点的气压用以下公式表示。P= P0*（1-2.255*10-5*H） 5.2561 练习：请求出高度3000m的气压；气压为标准气压一半以下的高度值。 高度3000m的气压：P=101.325*（1-2.2557*10-5*3000）5.2561=70.108kPa 标准气压一半以下的高度值：50.663=101.325*（1-2.2557*10-5*H）5.2561 H=5477m 臭氧层破坏 在地面高度20~50km处，臭氧浓度高的范围称为臭氧层，紫外线作用于氧气生 成臭氧，臭氧浓度为10mg/l。臭氧层吸收紫外线，保护地球上的生物，但统称为氟 利昂的含氯氟烃会破坏臭氧层，尤其是特殊氟利昂的臭氧破坏系数是非常严峻的问 题。特殊氟利昂有五种，分子式中都含有CI（氯）。 离心冷冻机的代表性冷媒CFC11（R11）的分子式中含有CFCl3，特殊氟利昂现 在已经禁止应用于生产和进出口了。比起特殊氟利昂，对臭氧破坏程度较低的指定 氟利昂（例如HCFC含有氢）作为过渡性物质被采用。 氟利昂可应用于冷媒、发泡剂、清洗剂、喷雾等。
1.2空气的性质 1.2空气的性质 （一）干空气的物理性质
1、溶解度：物质溶于水的比列称为“对水的溶解度”，也有单独的“溶解度” 溶解度 存在。在气压为1，温度为0℃的条件下，空气的溶解度为29.18cc/l。温度 低的会更多的溶解，例如从冰箱中取出的碳酸饮料带有气泡等。 粘性：流动的空气内部，分子之间力相互作用，作为合流的阻力，这一性 2、粘性 质称为粘性或内部摩擦。在空气中，随着温度上升，表示粘性的粘度、动 粘度也变大。标准大气压下干空气的粘性和温度的关系如表1.3所示。 表1.3 干空气粘性和温度的关系(标准大气压)
表1 干空气组成
气体名称 氮气 氧气 氩气 二氧化碳 符号 N2 O2 Ar CO2 分子量 28.013 31.999 39.948 44.010 体积百分比% 78.09 20.95 0.93 0.03 重量百分比% 75.53 23.14 1.28 0.05
湿空气 与人类生活密切相关的地表附近的空气，是含有水蒸气的湿空气，水蒸气的多少对 生活环境有很大影响。 表示湿空气状态的有：干球温度、湿球温度、露点温度、相对湿度、绝对湿度、比 较湿度、饱和温度、比体积、焓值、水蒸气分压等。一般全压情况下，只要 决定了上述中的两个要素就可以决定剩余的湿空气状态量。画横线的湿度表 示详见「1.3节 湿度的表现形式」。 干空气和水蒸气为混合状态，平时作为空气来看待的湿空气如图1.2所示。 湿空气可分为：干空气、饱和空气、不饱和空气、有雾空气、有雪空气等，干空气 不含水蒸气。 雾和霭 大气中的水蒸气以大气中的微小颗粒为核心，在地表附近凝结而造成视线受阻 的现象称为雾和霭。一般来说，可视范围在1km以内的情况为雾，1km以上的 情况为霭。 带有感情的说法，会将春天的称为“霞”，秋天的称为“雾”。依据形成原因、 地点、时间不同，雾的分类也各不相同。 夜间地面温度因放射冷却而下降，放射雾形成于接近地面的空气中。太阳升起 气温上升后放射雾便会消去。
5、比热：物体单位质量的热容量。即1Kg的物质温度提高1℃时所需的热量。 比热 各种物质都具备各自的比热。比热随能量转移而变化，特别是空气等气体的比热， 在热转移过程（例如体积一定或压力一定时的热转移）中发生显著变化。 体积一定时热量移动的比热称为定容比热，压力一定时热量移动的比热称为 定压比热。固体和液体的定容比热、定压比热并无区别，气体存在较大差异，需 要特别注意。 两种比热相比，通常定压比热较大，干空气的比热中： 定压比热：Cpa=1.006kJ/(kg・℃) 定容比热：Cva=0.716 kJ/(kg・℃)。 定压比热和定容比热的比称为比热比k。k= Cpa / Cva
温度℃ 0 5 10 15 20 25 30 35
密度Kg/m³ 1.293 1.270 1.247 1.225 1.205 1.184 1.165 1.146
温度℃ 40 45 50 55 60 65 70 75
密度Kg/m³ 1.127 1.110 1.092 1.076 1.060 1.044 1.029 1.014
-10℃ 0℃ 10℃ 20℃ 30℃ 40℃
粘度n（Pa・s）*106
16.74 12.48
17.24 13.34
17.74 14.23
18.24 15.15
18.72 16.08
19.20 17.04
动粘度v（m2・s） 中，只根据分子运动来表示热的传递程 热传递率 度，空气的热传递率为0.0241W/(m・℃)（气压为1、温度为0℃）。与其他 结构材料相比，硬质的聚氨酯发泡板的热传递率为0.028 W/(m・℃)，保温 保冷都适合。
1.1空气是一种混合气体 空气是一种混合气体
分体机开发部・ 分体机开发部・性能组 藤中和仁 2011.3 2011.3
1.1空气是一种混合气体 1.1空气是一种混合气体 （一）大气和空气
包裹着地球的气体称为地球大气，以地表为基准可划分为对流圈、平流层、中圈、 热圈、外气圈。外气圈远离地面高达10000km。大气层的构造如图1.1所示。
气体常数【KJ/（kg・K）】 干空气 水蒸气 氮气 氧气 氩气 二氧化碳 0.28706 0.46152 0.29680 0.25983 0.20813 0.18892
练习： 气体中有表示各自特性的气体常数，将干空气作为氮气、氧气、氩 气、二氧化碳的混合气体求出其气体常数，N2 O2 Ar CO2 各自的气体常 数分别采用0.297、0.260、0.208、0.189 KJ/（kg・K），重量组成参照 表1.1。 答案： 方法一：依据各自的气体常数和重量比例进行计算。设干空气气体 常数为Ra. Ra=0.297*0.7553+0.260*0.2314+0.208*0.0128+0.189*0.0005=0.287 KJ/ （kg・K） 方法二：利用前面所述气体的分子量M（kg/kmol）和一般气体常数R0的关 系，求出干空气中的分子量后再求气体常数。干空气分子量Ma=28.9645 kg/kmol，干空气的气体常数Ra=8.3143/28.9645=0.287 KJ/（kg・K）
湿空气的物理性质 粘性和热传递率：由于湿空气为干空气和水蒸气的混合体，则湿空气的粘性作 1、粘性和热传递率 为混合气体的粘性，可通过粘性系数计算得出。至少在空调范围内，可利用干空 气和水蒸气各自粘性系数的摩尔分数（分压）的每重量单位的平均值来近似地求 出。同样也可求出热传递率。 湿度高的天气球能够飞的更好？ 湿度高的天气球能够飞的更好？ 湿度高的天气里球能飞的更好是基于空气阻力来考虑的。粘性系数：20℃干空 气的粘性系数为18.6 uPa・s，20℃饱和蒸汽的粘性系数为9.00 uPa・s，后者 大概占1/2。20℃饱和空气的粘性系数取18.4uPa・s。密度：20℃干空气密度为 1.205kg/m³，20℃饱和蒸汽的密度为0.01729 kg/m³，饱和空气密度取1.177 kg/m³。粘性系数和密度都变小则空气阻力变小，因此球会飞的比较好。但下雨 时有水滴，棒球和高尔夫等的球棒会非常滑，球是否能飞的更好就要打个问号了。 密度和比容积：湿空气的密度根据其所含水蒸气的量的变化而变化。干空气的 2、密度和比容积 平均分子量为28.96Kg/kmol的话，水蒸气的分子量为18.02Kg/kmol。因此水蒸气 含量越高密度越低，比容积增加。湿空气的比容积v【m³/kg(DA)】用以下公式进 行计算。 V=0.004555(0.622+x)T 其中x：1kg干空气中所含水蒸气的量【kg/kg(DA)】 T:绝对温度273.15+t（K） 例如：25℃的干空气密度参照表1.4可得知为1.184 kg/m³，比容积为0.8446 m³/kg，若该干空气含有0.005Kg的水蒸气，则水蒸气比容积为0.8515 m³/kg （DA）；若含有0.015kg的水蒸气，则水蒸气比容积为0.8651 m³/kg（DA）。
4、密度和比容积：单位体积的质量称为 密度和比容积 密度，单位质量的体积称为比容积。 即：密度为比容积的倒数。标准大气 压下干空气的密度和温度的关系见表 1.4。 干空气的密度为1.293Kg/m³（气压为1、 温度为0℃）。与其他物质一样，温 度上升后，密度变小。 表1.4 干空气密度和温度的关系(标准大 气压)
对相同原子数的气体分子来说，比热比k基本相同。 单原子分子的气体（氦气、氩气等）k≒1.66 2原子分子的气体（氢气、氧气等）k≒1.40 3原子以上的气体（二氧化碳等）k≒1.33 作为混合气体的空气大部分是氮气和氧气，所以归类为2原子分子气体。 焓值：以空气调节为对象的空气变化过程中，焓值的保存规则如下所示。 6、焓值 H=U+PV 其中 H：焓值（kJ）U：内部能量（kJ）P：压力（kPa）V：体积（m³） 那么能力保存法则如下所示： H2-H1=Q-Wt 其中 H2：某变化后空气焓值（kJ） H1：某变化前空气焓值 Q：变化过程中空气被增加的热量 Wt：变化过程中空气向外放出的功 （kJ） 空气所持有的热量，理应是内部能力U，但由于空气会膨胀、收缩，有必要将 包含能力的焓值作为空气的热量。单位质量的焓值称为比焓，湿空气的比焓被定 义为含有干空气1kg（DA）的湿空气的焓值，以0℃时的干空气为基准。 比焓的单位是kJ/kg（DA）。 特定温度（t）时干空气的比焓，根据干空气定压比热为1.006 kJ/(kg・℃)， 可用以下公式求出。ha=1.006t（kJ/kg）