水蒸气与湿空气课件

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1、第五章第五章 水蒸气与湿空气水蒸气与湿空气 蒸气：泛指刚刚脱离液态或比较接近液态的气态蒸气：泛指刚刚脱离液态或比较接近液态的气态 物质。是一种实际气体。物质。是一种实际气体。 常用蒸气：水蒸气，氨蒸气，氟里昂蒸气。常用蒸气：水蒸气，氨蒸气，氟里昂蒸气。 水蒸气特点：人类在热力发动机中最早广泛使水蒸气特点：人类在热力发动机中最早广泛使 用的工质。来源丰富，无毒无味，用的工质。来源丰富，无毒无味， 比热容大，传热好，有良好的膨比热容大，传热好，有良好的膨 胀和载热性能，不污染环境。胀和载热性能，不污染环境。 热工计算：不能按理想气体处理。状态方程式，热工计算：不能按理想气体处理。状态方程式， 比热

2、的函数关系以及有关热工计算比热的函数关系以及有关热工计算的的 经验公式都比较复杂。采用查图查经验公式都比较复杂。采用查图查表表 方法方法 蒸气的热力性质图表。蒸气的热力性质图表。水蒸气与湿空气 主要内容：主要内容：（1）水蒸气的产生过程；）水蒸气的产生过程； （2）水蒸气的热力性质，参数计算；）水蒸气的热力性质，参数计算； （3）基本热力过程；）基本热力过程； （4）热力性质图表的结构与应用。）热力性质图表的结构与应用。水蒸气与湿空气51 水蒸气的产生过程水蒸气的产生过程一一. 一些基本概念一些基本概念1. 汽化汽化 (vaporation) ： 物质从液态转变为气态的过程。汽化的方式物质从液

3、态转变为气态的过程。汽化的方式有两种：蒸发和沸腾。有两种：蒸发和沸腾。2. 液化液化 (liquefaction) ： 物质有气态转变为液态的过程。物质有气态转变为液态的过程。3. 蒸发蒸发 (boil-off) ： 液体表面缓慢进行的汽化现象液体表面缓慢进行的汽化现象 特点：任何温度下，都可进行蒸发。蒸发速度特点：任何温度下，都可进行蒸发。蒸发速度取决于液体的性质，液体的温度，蒸发表面积和液取决于液体的性质，液体的温度，蒸发表面积和液面上气流速度。面上气流速度。水蒸气与湿空气4. 沸腾沸腾 (boiling) : 液体内部进行的激烈的汽化现象。液体内部进行的激烈的汽化现象。 特点：在一定压力

4、下，沸腾时的温度是一定的。特点：在一定压力下，沸腾时的温度是一定的。 沸点（沸点（boiling point)：在某一压力下，液体沸：在某一压力下，液体沸腾时的温度。与液体的性质有关。同种液体，沸点腾时的温度。与液体的性质有关。同种液体，沸点还随压力的升高而增大。还随压力的升高而增大。5. 饱和状态饱和状态 (saturation state) ：气液两相动态平衡的状态。气液两相动态平衡的状态。 饱和饱和 液体液体 (saturated liquid) ：饱和状态下的液：饱和状态下的液体；体； 饱和蒸气饱和蒸气 (saturated vapor)：饱和状态下的蒸：饱和状态下的蒸气；气； 饱和温

5、度和饱和压力：饱和温度和饱和压力： 特点：特点：（1）汽液共存；（）汽液共存；（2）汽液同温；（）汽液同温；（3）饱）饱和压力随饱和温度的升高而增大，一一对应关系。和压力随饱和温度的升高而增大，一一对应关系。水蒸气与湿空气6. 湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽 (wet vapor)： 是蒸汽与其液体的混合物，二者处于两相平衡。是蒸汽与其液体的混合物，二者处于两相平衡。7.干饱和蒸汽：干饱和蒸汽： 不含液体的饱和蒸汽。不含液体的饱和蒸汽。8.过热蒸汽过热蒸汽 (superheated vapor) ； 在一定压力下，温度大于饱和温度时的蒸汽。在一定压力下，温度大于饱和温度时的蒸汽。 过热度：过热蒸汽温度过

6、热度：过热蒸汽温度t 饱和蒸汽温度饱和蒸汽温度ts。9. 过冷液体过冷液体 (subcooled liquid) ： 在一定压力下，温度低于相应饱和温度的液体。在一定压力下，温度低于相应饱和温度的液体。 过冷度：饱和蒸汽温度过冷度：饱和蒸汽温度ts- 过冷液体温度过冷液体温度t。10. 汽化潜热汽化潜热 (latent heat) ：水蒸气与湿空气二二. 水蒸气的定压产生过程水蒸气的定压产生过程分析：分析： 活塞式汽缸中水蒸气的定压产生过程。活塞式汽缸中水蒸气的定压产生过程。 设汽缸中有设汽缸中有1kg，温度，温度0C，压力，压力p的水，的水，水面上有一个可以移动的活塞，施加一定压力（不水面上

7、有一个可以移动的活塞，施加一定压力（不同实验序号下维持恒定压力），容器底部对水加热。同实验序号下维持恒定压力），容器底部对水加热。1. 定压加热分三个阶段定压加热分三个阶段(1) 水定压预热：水定压预热： 未饱和水未饱和水吸热，温度升高，比体积略增吸热，温度升高，比体积略增 饱和水饱和水 参数：参数：v，h，s水蒸气与湿空气(2) 饱和水定压汽化饱和水定压汽化 饱和水饱和水继续加热，水开始汽化，饱和温度不变，比继续加热，水开始汽化，饱和温度不变，比体积增大，水量逐渐减少，汽量逐渐增加体积增大，水量逐渐减少，汽量逐渐增加 湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽 参数：参数： ps，ts， vx，hx，sx继续加热

8、，温度不变，比体积增大，至汽继续加热，温度不变，比体积增大，至汽缸中的最后一滴水变成蒸汽缸中的最后一滴水变成蒸汽干饱和蒸汽干饱和蒸汽 参数：参数：ps，ts，v”，h”，s” 参数：参数： ps，ts ，v，h，s干度干度 (quality) ：湿蒸汽中所含有的干饱和蒸汽：湿蒸汽中所含有的干饱和蒸汽的的 质量分数。质量分数。水蒸气与湿空气（3）干蒸汽定压过热）干蒸汽定压过热 干饱和蒸汽干饱和蒸汽继续加热，比体积继续增大，蒸汽温度开继续加热，比体积继续增大，蒸汽温度开始上升，温度大于相应压力下的饱和温度始上升，温度大于相应压力下的饱和温度 过热蒸汽过热蒸汽 过热度过热度 t2. 水蒸气定压形成时

9、的五个状态水蒸气定压形成时的五个状态 未饱和水（过冷水）状态未饱和水（过冷水）状态饱和水状态饱和水状态湿饱和蒸汽状态湿饱和蒸汽状态干饱和蒸汽状态干饱和蒸汽状态过热蒸汽过热蒸汽水蒸气与湿空气3. 水蒸气定压形成的三个阶段的能量关系水蒸气定压形成的三个阶段的能量关系（1）未饱和水的定压预热阶段）未饱和水的定压预热阶段吸收热量可用焓差表示吸收热量可用焓差表示（2）饱和水的定压（定温）汽化阶段）饱和水的定压（定温）汽化阶段用比汽化潜热表示：用比汽化潜热表示：或用熵来计算汽化潜热：或用熵来计算汽化潜热： 干度干度 x ：a：表示湿蒸汽的干燥程度；：表示湿蒸汽的干燥程度； b：饱和水：饱和水 x=0，干饱

10、和蒸汽，干饱和蒸汽 x =1; c；气轮机运行时，干度规定；气轮机运行时，干度规定x=0.86-0.88水蒸气与湿空气 （3）干饱和蒸汽的定压过热阶段）干饱和蒸汽的定压过热阶段过热热过热热 (heat of superheating) 用焓差表示：用焓差表示：综上所述：综上所述： 过热蒸汽的总热量过热蒸汽的总热量把把1kg，0C的水的水定压定压加热成加热成 tC的过热蒸汽所需的热量。的过热蒸汽所需的热量。三三. 水蒸气形成过程的水蒸气形成过程的p-v图和图和T-s图图1. 定压过程定压过程p-v图和图和T-s图表示图表示水蒸气与湿空气p v a b c d e预预热热汽汽化化过过热热 v v

11、vx v” v Tsa b c de s s”水蒸气与湿空气2. 不同压力下水蒸气的定压产生过程不同压力下水蒸气的定压产生过程 1 点点临界点临界点 (critical point ) 2 线线下临界线下临界线 (saturation liquid line )： 不同压力下饱和水状态不同压力下饱和水状态上临界线上临界线( saturation vapor line )： 不同压力下干饱和蒸汽态不同压力下干饱和蒸汽态 3 区区液相区液相区 (liquid region )， 汽液两相区汽液两相区( liquid-vapor region )，汽相区，汽相区 9(vapor region ) 5

12、 态态未饱和水，饱和水，湿蒸汽，未饱和水，饱和水，湿蒸汽，干饱和蒸汽，过热蒸汽干饱和蒸汽，过热蒸汽水蒸气与湿空气52 水蒸气的状态参数水蒸气的状态参数比较：理想气体和实际气体比较：理想气体和实际气体一一.零点的规定：零点的规定：二二. 选择水的三相点的液相水为基准选择水的三相点的液相水为基准点，且点，且三三. 该状态下，液相水的热力学能和熵为零。该状态下，液相水的热力学能和熵为零。二二. 水与水蒸气表水与水蒸气表 (steam tables for water )两种：饱和水和饱和蒸汽表两种：饱和水和饱和蒸汽表 （附表（附表5，6） 未饱和水和过热蒸汽表（附表未饱和水和过热蒸汽表（附表7）1.

13、饱和水和饱和蒸汽表饱和水和饱和蒸汽表2. 以温度为序；以温度为序；3. 以压力为序。以压力为序。水蒸气与湿空气2. 未饱和水和过热蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表 表中粗黑线表中粗黑线上方：未饱和水参数上方：未饱和水参数 下方：过热蒸汽参数下方：过热蒸汽参数例：利用水蒸气表，确定下列各点的状态例：利用水蒸气表，确定下列各点的状态 （1） t=45.8C, v=0.00101m3/kg ; ( 2 ) t=200C, x=0.9 ; ( 3 ) p=0.5Mpa, t=165C ; ( 4 ) p=0.5Mpa, v=0.545m3/kg水蒸气与湿空气53 水蒸气的基本热力过程水蒸气的基本热力过程1.

14、 水蒸气的基本热力过程：水蒸气的基本热力过程： 定容，定压，定温和定熵过程定容，定压，定温和定熵过程2.求解任务：求解任务：3. （1）初，终态参数；）初，终态参数；4. （2）过程中热量和功量。）过程中热量和功量。3.求解方法：求解方法：4. 查表，图，专用方程用计算机计算查表，图，专用方程用计算机计算4.求解原理：热力学第一定律；求解原理：热力学第一定律；5. 可逆过程关系式。可逆过程关系式。水蒸气与湿空气5.求解步骤求解步骤6. （1）根据初态的两个参数，从表或图查出）根据初态的两个参数，从表或图查出其它其它 7. 初态参数；初态参数；8. （2）根据过程特征及一个终态参数确定终）根据过

15、程特征及一个终态参数确定终态，态，9. 再查表确定其它终态参数；再查表确定其它终态参数；10. （3）根据初，终态参数计算）根据初，终态参数计算q , u , w 。例：例： 水蒸气由水蒸气由p1 = 1 Mpa , t1 =300C 可逆绝热膨可逆绝热膨胀胀 到到p2 = 0.1 Mpa , 求求1kg水蒸气所作的膨胀水蒸气所作的膨胀功和功和 技术功。技术功。 水蒸气与湿空气 54 湿空气湿空气湿空气湿空气 ：是指含有水蒸气的空气。：是指含有水蒸气的空气。 干空气：是指完全不含水蒸气的空气。干空气：是指完全不含水蒸气的空气。 湿空气的特点：湿空气的特点：（1）湿空气可以看成理想气体混合物；）

16、湿空气可以看成理想气体混合物； 水蒸气分压力很小，多处过热状态，水蒸气分压力很小，多处过热状态，v较大。较大。 （2）湿空气遵守道尔顿分压力定律；）湿空气遵守道尔顿分压力定律； p = pv + pa （3）湿空气是定组元，变成分的混合气体。）湿空气是定组元，变成分的混合气体。 干空气的含量在过程中恒定不变；干空气的含量在过程中恒定不变；水蒸气含量或成分会变化。水蒸气含量或成分会变化。水蒸气与湿空气一一. 未饱和湿空气和饱和湿空气未饱和湿空气和饱和湿空气 空气中水蒸气的含量不同空气中水蒸气的含量不同即分压力有高即分压力有高低低(一一) 未饱和湿空气：未饱和湿空气：1. 由干空气和过热蒸气所组成

17、的混合气体。由干空气和过热蒸气所组成的混合气体。2.分析：分析：3. 设：湿空气温度设：湿空气温度T（恒定）恒定）( ps)，水蒸气分压水蒸气分压力力pv。（1）p v p s , 湿空气中水蒸气处于过热状态（图湿空气中水蒸气处于过热状态（图示）示）（2）未饱和可理解为：水蒸汽的分压力尚未达到湿）未饱和可理解为：水蒸汽的分压力尚未达到湿 蒸汽温度下的饱和压力。蒸汽温度下的饱和压力。 （3）在该温度下，湿空气中水蒸气含量尚未达到最）在该温度下，湿空气中水蒸气含量尚未达到最大值，湿空气尚未饱和。湿空气中液态水还可以蒸大值，湿空气尚未饱和。湿空气中液态水还可以蒸发，还具有吸收水分的能力。发，还具有吸

18、收水分的能力。水蒸气与湿空气（4）若想使过热蒸汽）若想使过热蒸汽干饱和蒸汽干饱和蒸汽 在在t一定时，增加水蒸气含量，使一定时，增加水蒸气含量，使pv不断增不断增大。当大。当pv = ps (T) ，空气中水蒸气达到饱和，不，空气中水蒸气达到饱和，不再具有吸收水分的能力。再具有吸收水分的能力。ACPVBDACPSPVB水蒸气与湿空气(二二) . 饱和湿空气饱和湿空气1. 由干饱和蒸汽和干空气所组成的混合气体由干饱和蒸汽和干空气所组成的混合气体2.分析：分析：3.（1）“饱和饱和”的含义可理解：的含义可理解：pv =pv max = ps (T)，水蒸水蒸4. 气分压力达到最大值。气分压力达到最大

19、值。（2）在该温度下，湿空气不可能再吸收水分，达）在该温度下，湿空气不可能再吸收水分，达到饱和。到饱和。二二 . 露点露点 分析分析 ：如何将未饱和湿空气：如何将未饱和湿空气饱和湿空气饱和湿空气法法1：在湿空气温度：在湿空气温度t一定时，增大水蒸气含量，即一定时，增大水蒸气含量，即增加湿空气中水蒸气分压力增加湿空气中水蒸气分压力 pv =pvmax =ps (T) , A C。法法2：保持水蒸气含量不变（：保持水蒸气含量不变（pv)不变，降低湿空气不变，降低湿空气温度温度 T=TS （PV ），），AB。水蒸气与湿空气1.结露：结露：2. 对饱和湿空气继续冷却降温，则其中的部分对饱和湿空气继续

20、冷却降温，则其中的部分水水3. 蒸气将凝结为水，出现结露。蒸气将凝结为水，出现结露。2.露点温度：露点温度：3. 湿空气中水蒸气的分压力湿空气中水蒸气的分压力pv 所对应的饱和温所对应的饱和温度。度。说明说明（1）T d = f ( pv )；可查表。；可查表。 （2）达到露点温度后继续冷却，部分水蒸气）达到露点温度后继续冷却，部分水蒸气 将会凝结为水析出。将会凝结为水析出。 （3）若）若Td 0C , 就会出现结霜。就会出现结霜。三三. 相对湿度和含湿量相对湿度和含湿量 湿空气的湿度湿空气的湿度湿空气中水蒸气的含量。湿空气中水蒸气的含量。水蒸气与湿空气1. 绝对湿度：绝对湿度：（1）定义：）

21、定义：1m3的湿空气中所含水蒸气的质量的湿空气中所含水蒸气的质量 （2）表示：）表示：（3）对饱和湿空气）对饱和湿空气2. 相对湿度：相对湿度：（1）定义：湿空气的绝对湿度与同温度下湿空气的）定义：湿空气的绝对湿度与同温度下湿空气的 最大绝对湿度之比。最大绝对湿度之比。（2）说明：）说明：a:b: 相对湿度越小，湿空气中水蒸气偏离相对湿度越小，湿空气中水蒸气偏离饱和状态越远，空气越干燥，吸湿能力饱和状态越远，空气越干燥，吸湿能力越强。越强。水蒸气与湿空气3. 含湿量含湿量（1）定义：是指在湿空气中，与单位质量干空气共存）定义：是指在湿空气中，与单位质量干空气共存 的水蒸气含量。的水蒸气含量。（2）表示：）表示：（3）含湿量与水蒸气分压力，相对湿度关系：）含湿量与水蒸气分压力，相对湿度关系：水蒸气与湿空气