第七章水蒸气及湿空气

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1、流 体 力 学,建筑与环境工程系,气态工质,气体,蒸汽,远离液态，一般可作为理想气体处理，如空气、燃气。,刚脱离或接近液态，一般不能作为理想气体处理，如水蒸气、制冷剂蒸气等 。,水蒸气具有良好的热力性质，来源丰富，易于获得，比热容大，传热性能好，且无毒无味、无污染，在热力工程中的使用极为广泛。,第七章 水蒸气及湿空气,如水蒸气在热电厂和空调工程中的 应用,学 习 要 求,1、掌握有关蒸汽的各种术语及其意义。如：汽化、凝结、饱和状态、未饱和液体、饱和液体、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽、干度等概念及不同蒸汽状态的特征和关系。 2、了解蒸汽定压发生过程及其在p-v图与T-s图上的一点、二线、三区和五

2、态。 3、掌握水蒸气图表的结构，能够熟练利用水蒸气图表查出水蒸气状态参数。 4、掌握水蒸气基本热力过程的特点和热量、功量、热力学能的计算。理解湿空气、未饱和湿空气和饱和湿空气的概念和意义。 5、掌握湿空气状态参数的意义及其计算方法。 6、熟悉湿空气焓湿图的结构，能熟练应用焓湿图查取湿空气参数。,主 要 内 容,7.1 水蒸气的产生 7.2 水蒸气的热力过程 7.3 湿空气,7.1 水蒸气的产生,一、基本概念 二、水蒸气的产生过程 三、水蒸气的p-v图，T-s图 四、水蒸气热力性质图表,蒸发,沸腾,在任何温度条件下发生在液体表面的汽化过程。温度越高，蒸发表面积越大，蒸发越强烈。,在一定温度（沸点

3、）下，液体内部和表面同时发生的剧烈汽化过程。沸腾可通过加热或减压的方法实现。相同压力下，不同的液体沸点不同。,一、基 本 概 念,如湿衣服的晾干,物质由液态转变为气态的现象称为汽化。 蒸汽是由液体汽化而产生的。,1. 汽化,液体开始沸腾的温度,如在0.1MPa时，水的沸点为99.634，氨的沸点为-32,汽化过程是吸热过程。,2. 凝结,物质由气态转变为液态的过程称为凝结。,基 本 概 念,液态物质,(放热)凝结,(吸热)汽化,气态物质,汽相空间蒸汽分子越多，蒸汽压力越大，凝结速度越快。,如水蒸汽冷凝为水,同压力下蒸汽的凝结温度与液体的沸点相等,饱和压力ps,饱和温度ts,如水蒸气：ps0.1

4、01325 MPa，ts=100 C,3. 饱和状态,液面上蒸气空间中的蒸气和液体两相达到 动态平衡的状态就称为饱和状态。,在饱和状态下,有:,饱和温度和饱和压力一一对应。,基 本 概 念,4. 干度,单位质量湿蒸汽中所含饱和蒸汽的质量称 为湿蒸汽的干度。表示式为,饱和液体和饱和蒸汽的混合物,干度x的取值范围为01。,x0 ，饱和液体,0x1 ，湿(饱和)蒸汽,x1 ，干饱和蒸汽,引入干度x可确定湿蒸汽中所含饱和液体和饱和蒸汽的 量，或确定湿蒸汽的状态。,mv-湿蒸气中干饱和蒸气的质量,mw-湿蒸气中饱和水的质量,基 本 概 念,二、水蒸气定压发生过程,汽化潜热 J/kg,预热阶段,汽化阶段,

5、过热阶段,凝结潜热,同工质同温度下,三、水蒸气定压发生过程的p-v图和T-s图上,水的临界状态 pc22.064MPa tc373.99 vc0.003106m3/kg,临界点C 饱和水线 (x0) 、饱和蒸汽线(x1） 末饱和水区、汽液两相共存区、过热蒸汽区 末饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽,一点 二线 三区 五态,在临界点C汽液两相差异完全消失，汽液相变将在瞬间完成。 在临界温度以上不能用压缩的方法使蒸汽液化。,水蒸气的定压发生过程,t ts,t = ts,t = ts,t = ts,t ts,v v,v = v,v = v,v v v,v v,未饱和水,饱和水,饱和湿蒸汽,

6、饱和干蒸汽,过热蒸汽,h h,h = h,h = h,h h h,h h,s s,s = s,s = s,s s s,s s,四、水蒸气热力性质图表,工程上将水基准点的焓视为零已足够精确,水蒸气不同于理想气体，其参数通过实验和分析的方法求得，将不同温度和不压力下的未饱和水、饱和水、干饱和蒸汽和过热蒸汽的状态参数列成数据表或绘成线算图，以供工程计算查用。,1、零点的规定,水蒸气图表选定水的三相点（即273.16K的液相水）作为基准点，规定在该点的液相水的u、s值为零,此时有,t00.01C，p0611.659Pa，v00.001000213k， u0=0kJ/kg；s0=0kJ/（kgK） 0

7、u 0 p0 v 0 0.611Jkg0 kJkg,制冷剂蒸气图表常将零点规定于0以下,2、水和水蒸气表,饱和水与饱和蒸汽表,未饱和水与过热蒸汽表（附表3）,按温度排列（附表1）,按压力排列（附表2）,湿蒸汽参数的确定:,参数右上角加“”表示饱和液体参数，加“”表示饱和蒸汽参数,注意单位,注意粗黑线,pps，tts,u可通过uhpv求得,表中未列出的参数用线性插值法求得,例7-2 试判断下列情况下水处于什么状态，并确定其它各参数的值。（1）p0.1MPa，t50；（2）p0.5MPa，t200；（3）p0.8MPa，v=0.22m3/kg；（4）p1MPa，t179.916。,解：（1）查附表

8、，p0.1MPa，ts99.634。而tts， 故第一种情况为未饱和水状态。查附表，当p0.1MPa， t50时用线性插值法求得未饱和水的其它参数为 v0.00101245m3/kg， h209.405kJ/kg， s0.70175kJ/（kgK）， uhpv209.4050.11030.00101245209.304（kJ/kg）,（2）查附表，p0.5MPa，ts151.867，而tts，故第二种情况为过热水蒸气状态。查附表，当p0.5MPa，t200时，过热水蒸气的其它参数为 v0.42487m3/kg，h2854.9kJ/kg，s7.0585kJ/（kgK）， uhpv2854.90.

9、51030.424872642.465（kJ/kg）,（3）查附表，当p0.8MPa时， v0.0011148m3/kg，v0.24037m3/kg； h721.2kJ/kg，h2768.86kJ/kg； s2.0464kJ/（kgK），s6.6625kJ/（kgK） 因为v0.22m3/kg，介于饱和水与干饱和水蒸气之间，即 vvv， 故第三种情况为湿蒸汽状态。,由式 可得干度 该状态下的其它参数为 txts170.444 hxh+x（hh）721.2+0.915（2768.68721.2） 2594.64（kJ/kg） sx s+x（ss）2.0464+0.915（6.66252.0464

10、） 6.2701kJ/（kgK） uxhxpvx2594.640.81030.222418.64（kJ/kg） （4）查附表，p1MPa，ts179.916，tts。故第四 种情况是饱和状态，但无法确定是饱和水，干饱和水蒸 气还是湿蒸汽，其余参数也无法确定。,3、水蒸气的焓熵图,欲获得水蒸汽的状态参数,可查,水蒸气表,水蒸气的焓熵图(莫里尔图),方便、直观,但不够精确,精确度高,但往往不太方便、且不直观,h-s图上的一条线表示一个确定的热力过程，查取初、终态的参数值，就可对该过程进行热工计算。,水蒸气的焓熵图,工程上常用蒸汽为图中方框部分(附图1),湿蒸汽区的定压线就是定温线,课本30页,7.

11、2 水蒸气的热力过程,水蒸气的热力过程分析计算步骤：,（1）根据已知初态的两个独立参数，在图上（或水蒸气表上）找到代表初态的点，并查出其它初态参数值。 （2）根据过程条件（沿定压线、定容线、定温线、定熵线）和终态的一个参数值。找到终态的点，并查出终态的其它参数值。 （3）根据已求的初、终态参数，应用热力学第一和第二定律等基本方程计算工质与外界传递的能量，即q，w等。,1. 定压过程,工程计算中最常遇到.如水在锅炉中吸热形成水蒸气的过程;水蒸气通过各种换热器进行热交换的过程,忽略流动阻力等不可逆因素,或,12:定压吸热膨胀升温 21:定压放热被压缩降温,2. 定容过程,12过程: 定容吸热升压升

12、温，吸收的热量全部转化为热力学能,3. 定温过程,12过程: 定温膨胀; 蒸汽状态由湿蒸汽变为干 饱和蒸汽,再变为过热蒸汽,4. 绝热过程,忽略散热及不可逆因素,对过热蒸汽，经绝热膨胀，过热度减小，变为干饱和蒸汽。若继续膨胀，则变为湿蒸汽，同时干度会随之减小。,工程计算中最常遇到. 如水蒸气通过汽轮机膨胀而对外作功；又如水蒸气通过喷管的过程等,例5-3 水蒸气在0.2MPa压力下从150定压加热到250，试求1kg水蒸气的吸热量、所作的膨胀功及热力学能增量。,解：在h-s图上，由p0.2MPa的定压线与t1150的定温 线相交得初状态点1，与t2250的定温线相交得终状态点2， 如图5-6所示

13、。查得 h1=2772kJ/kg，v1=1m3/kg h2=2973kJ/kg，v2=1.22m3/kg 吸热量 （kJ/kg） 膨胀功 （kJ/kg） 热力学能增量 （kJ/kg）,例5-4 水蒸气由压力p11MPa，温度t1300，可逆绝热膨胀至0.1MPa，试求1kg水蒸气所作的膨胀功和技术功。（分别用h-s图和水蒸气表计算）,解：（1）用h-s图计算 在h-s图上，由p11MPa的定压 线与t1300的定温线相交得点1，查得 h13050kJ/kg，v10.26m3/kg 并求得 u1h1p1v1305011030.262790（kJ/kg） 过点1作定熵线与p20.1MPa的定压线相

14、交得点2，查得 h22590kJ/kg，v21.65m3/kg 求得 u2h2p2v225900.11031.652425（kJ/kg） 故膨胀功和技术功为 （kJ/kg） （kJ/kg）,（2）用蒸气表计算 根据p11MPa、t1300，查附表6未饱和水和过热蒸汽表，得 h13050.4 kJ/kg，v10.25793m3/kg， s17.1216kJ/（kgK） 所以 u1h1p1v13050.411030.257932792.5（kJ/kg） 根据终压p20.1MPa，查附表5按压力排列的饱和水与饱和水蒸气表，得 ts99.634；v0.0010432m3/kg， v1.6943m3/k

15、g；h417.52kJ/kg， h2675.14kJ/kg；s1.3028kJ/（kgK）， s7.3589kJ/（kgK）,故,故,h2h+x2(hh)417.52+0.96(2675.14417.52)2584.8（kJ/kg） v2v+x2(vv)0.0010432+0.96(1.69430.0010432)1.6266（m3/kg） u2h2pv22584.840.11031.62662422.2（kJ/kg） 故膨胀功和技术功为,（kJ/kg）,（kJ/kg）,因为s2s17.1216kJ/（kgK）， ss2s，所以状态2是湿蒸汽。先求x2。根据,7.3 湿空气,指由两种或两种以上不发生化学反应的气体 组成的混合物。,什么是混合气体?,如:烟气、空气,当混合气体中的每一种组