工程热力学五水蒸气和湿空气

1、工程热力学五水蒸气和湿空气 重点内容重点内容 了解实际气体热力性质的基本特 点；尤其是与理想气体的区别所在； 熟练应用水蒸汽表确定水蒸汽的 热力性质。 工程热力学五水蒸气和湿空气 第五章第五章 水蒸汽与湿空气水蒸汽与湿空气 水蒸汽在工程应用中，常处于离液态不 远的状态，是一种实际气体。 本章将以水蒸汽为例，说明基本热力过本章将以水蒸汽为例，说明基本热力过 程分析的基本方法。程分析的基本方法。 工程热力学五水蒸气和湿空气 1 水蒸汽的定压发生过程 一一. .水蒸汽的图和图水蒸汽的图和图 二二. .水蒸汽的定压发生过程水蒸汽的定压发生过程 工程热力学五水蒸气和湿空气 一一. .水蒸汽的图和图水蒸汽

2、的图和图 工程热力学五水蒸气和湿空气 一点、两线、三区、五态一点、两线、三区、五态 一点：临界状态（临界状态（Critical StateCritical State） 处于临界状态时饱和液体和干饱和蒸汽 不分而处于同一状态，并有确定的状态参 数值。 两线：饱和液体线、干饱和蒸汽线饱和液体线、干饱和蒸汽线 饱和水线随着压力或温度的升高，比容 增大。这是因为水受热膨胀的影响大于因 压力升高被压缩的影响。 工程热力学五水蒸气和湿空气 干饱和蒸汽线随着压力或温度的升高，比 容减小。这是因为水蒸汽受热膨胀的影响 小于因压力升高被压缩的影响。 三区：三区：未饱和液体区、饱和湿蒸汽区、过未饱和液体区、饱和

3、湿蒸汽区、过 热蒸汽区热蒸汽区 其中饱和湿蒸汽区随着压力的升高， 该区域减小，即汽化或凝结过程将缩短。 五态：五态：未饱和液体、饱和液体、湿饱和蒸未饱和液体、饱和液体、湿饱和蒸 汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽 其中同为饱和状态的三个状态（饱和 液体、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽）具有 相同的压力和温度。 工程热力学五水蒸气和湿空气 饱和状态的确定饱和状态的确定 饱和液体、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽均 为饱和状态，具有相同的压力和温度， 所以汽化或液化过程为定压定温过程， 区分三者的状态只靠温度和压力是不够 的，需要另外一个状态参数如焓、熵、 比容等，但常用的是干度。 干度x=mv/m。

4、显然x=0为饱和液体；x=1 为干饱和蒸汽，而0 x1为湿饱和蒸汽。 对于非饱和状态如未饱和液体和过热蒸 汽干度没有物理意义。 工程热力学五水蒸气和湿空气 注意注意 以上是以水为例得到的一些结论，对于 其它工质，如氨、氟利昂、汞等，亦可 获得类似的结果，但其临界参数值、饱 和蒸汽压曲线，以及图和 图上各曲线的斜率等均与水不同。 对于理想气体不可能存在相变过程。 工程热力学五水蒸气和湿空气 二二. .水蒸汽的定压发生过程水蒸汽的定压发生过程 工程热力学五水蒸气和湿空气 工程热力学五水蒸气和湿空气 对未饱和水在某一确定的压力下加热， 直至产生过热蒸汽的过程。包括以下三 个过程。 未饱和水的预热过程

5、未饱和水的预热过程 l需要吸热，p不变，v增加，t增大 (ts，即处于过热蒸汽状态 利用过热蒸汽表时 t=300 ， v=0.2580m3/kg，h=3051.3kJ/kg t=400 ， v=0.3066m3/kg，h=3264.0kJ/kg 工程热力学五水蒸气和湿空气 h=3051.3+(320-300)/(400-300)(3264.0- 3051.3)=3093.8kJ/kg v=0.2580+(320-300)/(400-300)(0.3066- 0.2580)=0.2677m3/kg u=h-pv=3093.8-(106*0.2677)*10-3 =2826.1kJ/kg 工程热力

6、学五水蒸气和湿空气 例题例题 确定水蒸汽确定水蒸汽260260、 0.90.9饱和湿蒸汽的内能及熵的数值。饱和湿蒸汽的内能及熵的数值。 解显然属于饱和状态，可利用按温度排 列的饱和表 vxxv0.9*0.04212=0.03791m3/kg hx=h+x(h“-h)=1135.0+0.9(2795.2- 1135.0)=2629.2 kJ/kg sx=s+x(s“-s)=2.8850+0.9(5.9989- 2.8850)=5.6875 kJ/kgK ux=hx-pxvx=2629.2- (4.6940*106*0.03791)*10-3=2451.3 kJ/kg 工程热力学五水蒸气和湿空气

7、例题例题 确定水蒸汽确定水蒸汽p=0.01MPap=0.01MPa， h h1 12490kJ/kg2490kJ/kg及及h h2 22780kJ/kg2780kJ/kg 时的温度及比容。时的温度及比容。 解查按压力排列的饱和表 0.01时 h=191.84kJ/kg, h=2584.4kJ/kg 因为 hh1=2490h 所以状态处于饱和湿蒸汽状态，而状 态处于过热蒸汽状态。 工程热力学五水蒸气和湿空气 对于状态，关键在于确定干度 查按压力排列的饱和表t1=ts=45.83 x1(h1-h)/(h-h) (2490-191.84)/(2584.4-191.84)0.961 v1 x1v0.9

8、6114.67614.104 m3/kg 工程热力学五水蒸气和湿空气 对于状态，查过热蒸汽表 p0.01MPat=140 时 v=19.05m3/kg, h=2763.6kJ/kg p0.01MPa t=160 时, v=19.98m3/kg, h=2802.0kJ/kg t2=140+(2780-2763.6)/(2802.0- 2763.6)(160-140)=148.5 v2=19.05+(2780-2763.6)/(2802.0- 2763.6)(19.98-19.05)=19.48m3/kg 工程热力学五水蒸气和湿空气 二二. .水蒸汽图水蒸汽图 利用水蒸汽表确定水蒸汽的性质，多数

9、情况下需要插值，较为麻烦，因而工程 上也常应用水蒸汽图。 结构结构 定干度线 定压线 斜率为 饱和湿蒸汽区直线 过热蒸汽区斜率随温度逐渐增加的曲 线。 T p s h 工程热力学五水蒸气和湿空气 定温线饱和湿蒸汽区等温线与等压 线重合，代表s和s 定容线 定焓线 定熵线 工程上一般取0.6部分，见附图。 注意：定焓线和定熵线的分度分别 为 lmm4kJ/kg，mm0.01kJ/kgK pv s h s h 工程热力学五水蒸气和湿空气 例题例题 确定确定0.10.1， 200200时水蒸汽比容、焓、熵及内能。时水蒸汽比容、焓、熵及内能。 解0.1的定压线和200 的定温线的交点即为水蒸汽所处状态

10、 （为过热蒸汽），再读出经过该点的定 容线、定焓线及定熵线分别确定出： 2.2m3/kg7.85kJ/kgk 28742800+4*18.5kJ/kg h-pv=2874-(0.1*106*2.2)*10-3 =2654?kJ/kg 工程热力学五水蒸气和湿空气 例题 p0.1，0.92时水 蒸汽的温度和焓。 解， kk 工程热力学五水蒸气和湿空气 例题 确定t=120，h=2400kJ/kg时 水蒸汽的压力、干度和比容。 解t=120的定温线与h=2400kJ/kg的 定焓线在过热蒸汽区域没有交点，但在 湿蒸汽区域由于定压线就是定温线，所 以湿蒸汽区域内通过t=120的定温线与 干饱和蒸汽线(

11、x=1等干度线)交点的定压 线(p=0.2MPa)即为t=120的定温线与 2400kJ/kg的定焓线有相交点。 压力为p0.2，比容为0.75 m3/kg 干度为0.858 工程热力学五水蒸气和湿空气 5-3 5-3 水蒸汽的基本热力过程水蒸汽的基本热力过程 水蒸汽基本热力过程的分析及热力计算 任务和步骤与理想气体基本相同。但应 注意水蒸汽是实际气体，一些仅适用于 理想气体的计算公式如 一.研究方法及步骤 二.水蒸汽基本热力过程分析及计算 三.举例 工程热力学五水蒸气和湿空气 pv、vnConst、c 显然就不适用了，而只能利用水蒸汽图 表来计算。 但对于不可逆过程， 12或t12 仍适用。

12、 工程热力学五水蒸气和湿空气 一.研究方法及步骤 用蒸汽表由初态的两个已知参数求其 他参数； 根据过程的性质及一个终态参数确定 其他终态参数，并在图上表示出 过程进行的方向和终态位置； 应用能量方程计算和。 工程热力学五水蒸气和湿空气 二.水蒸汽基本热力过程分析及计算 水蒸汽基本热力过程分析及计算过程表水蒸汽基本热力过程分析及计算过程表 定压过程定压过程 定容过程定容过程 定温过程定温过程 可逆绝热过程可逆绝热过程 h-s图 图1 图2 图3 图4 p v T u 查表查表 查表查表 h q与wq=h2-h1 q=u2-u1q=T(s2-s1) q=0 w=p(v2-v1) w=0 w=q-(

13、u2-u1) w=u1-u2 ws=h1-h2 工程热力学五水蒸气和湿空气 不能使用的公式：不能使用的公式： 定压过程：定压过程： v2/v1=T2/T1 u=Cv(T2-T1) h=Cp(T2-T1) 定容过程：定容过程： p2/p1=T2/T1 u=Cv(T2-T1) h=Cp(T2-T1) 定温过程：定温过程： p2v2=p1/v1 u=0 h=0 可逆绝热过程：可逆绝热过程： T2/T1=(p2/p1)(k-1)/k u=Cv(T2-T1) h=Cp(T2-T1) 工程热力学五水蒸气和湿空气 三.举例 工程热力学五水蒸气和湿空气 例题 135 例4 解为开 口系统稳态 稳流过程， 饱和

14、湿蒸汽 经历了定压 加热过程。 工程热力学五水蒸气和湿空气 所以饱和湿蒸汽吸热量 采用图确定2 和1。 h1=2570kJ/kg h2=2955kJ/kg q=2955-2570=385kJ/kg 工程热力学五水蒸气和湿空气 例题 P137习题11 解为 开口系统稳 态稳流可逆 过程，其过 程如图中实 线所示。 工程热力学五水蒸气和湿空气 q=h+c2/2+gz+ws q=0, c2/2+gz ws12 查图知2kJ/kg 1 kJ/kg ws12 kJ/kg 工程热力学五水蒸气和湿空气 为开口系统稳态稳流不可逆过程其过 程如图中虚线所示。 q=h+c2/2+gz+ws q=0 ，c2/2+g

15、z ws12 查图知2 kJ/kg ws12 kJ/kg 工程热力学五水蒸气和湿空气 5-4 湿空气的性质 一、未饱和湿空气和饱和湿空气 1.湿空气和干空气： 将其作为干空气和水蒸汽的混合物即湿空气 （Wet-air）处理，其中将干空气标准化为由 N2(78.09%)、O2(20.95%)、Ar(0.93%)、 CO2(0.03%)组成。 认为湿空气为理想气体，这是因为水蒸汽的 分压力极小，其分压力低通常为3量级。 工程热力学五水蒸气和湿空气 2.饱和湿空气与未饱和湿空气 （Saturated Wet-air 2定含湿量线 3定温度线 4定相对湿度线;角系数() 角系数=h/d 1000 ，反

16、映湿空气热力过 程中的热湿变化性质。 5定分压力线; 工程热力学五水蒸气和湿空气 P263 工程热力学五水蒸气和湿空气 应注意不同总压的温湿图是不能混 用的，因为压力每偏差20mmHg，会造 成左右的误差。 工程热力学五水蒸气和湿空气 热湿比的意义热湿比的意义 工程热力学五水蒸气和湿空气 (二).应用 湿空气的温湿图的用途主要是确定湿空 气的状态参数和分析其热力过程。 下面用例题说明它的使用方法。 工程热力学五水蒸气和湿空气 露点温度和湿球温度的确定露点温度和湿球温度的确定 工程热力学五水蒸气和湿空气 例题2 利用温湿图确定例题所要求的除 绝对湿度、湿空气密度外的各项参数及 湿球温度w。 工程热力学五水蒸气和湿空气 解利用求得的v2796.7及 在温湿图上确定其状态点，然 后可按如右图所示路线查出下列数据： 17.5g/kg()，dew22.94， w24.9， 66，75.5（）。 工程热力学五水蒸气和湿空气 例题3 利用温湿图确定760mmHg， dew20，w25的相对湿 度。 解相对湿度29 工程热力学五水蒸气和湿空气 -5 湿空气的基本热力过湿空气的基本热力过 程程 为了满足人们生活舒适、工业生产工艺 等各方面的要