第五章水蒸气与湿空气

1、中央空调系统 空调空调:“空调”是“空气调节”的简称，它是通过对空气的处理，使室内空气的温度、湿度、温度、湿度、气流速度和洁净度气流速度和洁净度达到一定要求的一门工程技术。第五章 水蒸气5-1 汽化与凝结5-2 水的定压加热汽化过程水蒸气定压发生过程及状态参数的确定5-3 水蒸气表和图水蒸气图表的应用 蒸汽是指距离液体状态较近，很容易变回液体状态。其作用力和体积均不可忽略,属于实际气体(不宜作为理想气体处理)。 分析水蒸气的发生及变化规律 常用的蒸汽：水蒸汽、制冷剂蒸汽等。5-1 汽化与凝结 一、液体的汽化一、液体的汽化 二、气体的凝结、气体的凝结 三、饱和状态三、饱和状态一、液体的汽化一、液

2、体的汽化汽化汽化: 由液态变成气态的物理过程由液态变成气态的物理过程汽化的形式：蒸发和沸腾v 蒸发：任何温度下，发生在液体表面的缓慢的汽化现象。v沸腾：达到一定温度时，液体内部和表面同时发生的剧烈的汽化现象。 沸点沸点：一定压力下，沸腾时温度。 1、沸点与压力一一对应，不同压力下，物质的沸点不同, p 升高， ts 升高ps=1.01325barTs=100 青藏青藏ps=0.6barTs=85.95 高压锅高压锅ps=1.6barTs=113.32 2、同一压力，不同物质沸点不同，如1 atm , 水：ts = 100 NH3 ：ts = - 33.4 R12：ts = - 29 R22：

3、ts = - 41 凝结：水由气相转变为液相的过程，是汽化的反过程。在一定的压力下，水蒸气降低到相应的沸点，开始凝结。凝结过程的实质：气相空间的蒸汽分子被碰撞回液面凝成液体的过程特点：放热过程 凝结速度与蒸汽的压力有关二、凝结凝结三、饱和状态三、饱和状态加热加热水水大气大气过冷过冷液体液体自由空间（敞口容器）的蒸发过程可以进行到液体全部汽化。 封闭空间（闭口容器）中液体的汽化与气体的凝结同时进行，当两者转换的速度一定时，达到动态平衡，称为饱和饱和状态状态。饱和蒸汽饱和液体 此时压力称饱和压力饱和压力 ps , 温度称饱和温饱和温度度 ts 。 ps 与 ts 为一、一对应关系。例如： 当 ps

4、 =0.101325 MPa ts =100 oC 当 ps =1 MPa ts =179.916 oC 当 ps =0.01 MPa ts =45.83oC5-2 水的定压加热汽化过程水的定压加热汽化过程一、一、工程中所用的水蒸汽是由锅炉在压力不变的情况下产生的，其定压发生过程如下：未饱和水 饱和水 湿蒸汽 干饱和蒸汽 过热蒸汽 (a) (b) (c) (d) (e)PPPPPt0tststs定压预热定压预热定压汽化定压汽化定压过热定压过热（1）水的定压预热）水的定压预热未饱和水（过冷水）：水温低于此压力下的饱和温度，温度为 t0 ，ts t0 称过冷过冷度。度。 a-b（预热阶段）：加热使

5、其温度升高，比容稍有增大，当温度达到此压力 P 下的饱和温度 ts 时，水开始沸腾，称饱和饱和水水，温度 ts （2）饱和水定压汽化）饱和水定压汽化对饱和水进行加热开始沸腾，在定温下产生饱和蒸汽； 此时，容器内汽、液两项共存，称为湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽，简称湿蒸汽湿蒸汽。直至加热至完全变成蒸汽蒸汽，d 称干饱和蒸干饱和蒸汽汽。湿蒸汽状态确定湿蒸汽状态确定：所有湿蒸汽状态保持定压且定温，因此要确定其中某一状态，还须另外引入一个参数干度。每一湿蒸汽状态对应唯一的x 值。液体质量(1x)b-d：汽化过程，过程吸收的热量称为汽化潜热。汽化潜热汽化潜热 r ：1 kg 饱和液体转变为同温下的饱和液体转变为

6、同温下的干饱和蒸汽所吸收的热量。干饱和蒸汽所吸收的热量。)( 1)(0干饱和蒸汽状态饱和液体饱和蒸汽饱和液体干饱和蒸汽质量干度xmmmxWVV（3）干蒸汽定压过热）干蒸汽定压过热de ：饱和液体继续加热，得到过热蒸汽，、比容温度增大。 e ：过热蒸汽状态，温度为 t ， t ts其中，t ts 称过热度。 综上所述：水蒸气定压发生过程经历预热、预热、汽化、过热汽化、过热三个阶段。经历未饱和水、饱和未饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽五个状态。 形成过程pvCd0a0b0abdabddbatc过过冷冷液液湿蒸汽湿蒸汽过热蒸汽过热蒸汽二、蒸汽定压过程表示在

7、坐标图上二、蒸汽定压过程表示在坐标图上 pv 图和 T-s 图上的表示 定压过程表示在pv 图上为一水平线,根据比容确定不同的状态点。 连接不同压力下的饱和液体点，得到饱和得到饱和液体线（或下界线）液体线（或下界线）。 连接各干饱和蒸汽点，得到饱和蒸汽线饱和蒸汽线（或上界线）（或上界线）。 两线汇合交于一点，称为临界点临界点 C 。pTsvCCa0d0a0b0d0b0aabbddaabbddddbbaatc液液湿蒸汽湿蒸汽过热蒸汽过热蒸汽过热蒸汽过热蒸汽湿蒸汽湿蒸汽图上的内容：图上的内容： 一点、两线、三区、五状态 一点：临界点 两线：饱和液体线、饱和蒸汽线 三区：未饱和区、湿蒸汽区（两相区）

8、、过热蒸汽区 五个状态：未饱和状态、饱和液体状态、湿蒸汽状态、饱和蒸汽状态、过热蒸汽状态 汽液相变在工程上有重要意义： 在液体汽化相变制冷的循环中，压力升高，汽化潜热减少； 当工质温度高于临界温度时，无论加多么大的压力都不能将气体液化。 故工质的临界温度是相变制冷循环的上限温度，且实际应用中应尽可能远离临界温度。5-3 水蒸气的表和图水蒸气的表和图 水蒸气的参数之间不满足理想气体状态水蒸气的参数之间不满足理想气体状态方程，工程上常用蒸汽图表来确定。方程，工程上常用蒸汽图表来确定。 一、零点的规定 二、水蒸气表 三、水蒸气的焓-熵图 蒸汽表中基准的确定：由蒸汽表中基准的确定：由 1963 年第六

9、届年第六届水蒸汽会议上规定，纯水的三相点水蒸汽会议上规定，纯水的三相点（ 273.16 K ）的饱和水为基准状态，令）的饱和水为基准状态，令 u = 0，s= 0 h = u + pv = 0.611 J/kg 0 表中所列焓、熵值均是该状态的值与纯表中所列焓、熵值均是该状态的值与纯水三相点的差值。水三相点的差值。一、一、零点规定零点规定二、水蒸气表二、水蒸气表1、蒸汽表的分类：、蒸汽表的分类：v 饱和表饱和表：1）按温度排列的饱和水与饱和蒸汽表（按温度排列的饱和水与饱和蒸汽表（A-1）2）按压力排列的饱和水与饱和蒸汽表（）按压力排列的饱和水与饱和蒸汽表（A-2）v 未饱和表：未饱和表：v按压

10、力和温度排列的未饱和水与过热蒸汽表按压力和温度排列的未饱和水与过热蒸汽表（A-3）v说明：表中的参数对应工质的质量为说明：表中的参数对应工质的质量为 1 kg ；v符号表示：符号表示： 饱和液体：饱和液体：p 、t 、v 、s 、h 饱和蒸汽：饱和蒸汽： p 、t 、v 、s、h 未饱和液体：未饱和液体： p0 、t0 、v0、s0 、h0 湿蒸汽：湿蒸汽： pX 、tX 、vX 、sX 、hXv内能用公式内能用公式 u = h pv 求。求。v表中没有列出的中间状态的参数，用直线内插表中没有列出的中间状态的参数，用直线内插法求出。法求出。2、查表应用 查表应用一：确定状态查表应用一：确定状态

11、 查表应用二：确定状态参数查表应用二：确定状态参数 查表应用三：表中未有数值的确定查表应用三：表中未有数值的确定 查表应用四：热力过程分析查表应用四：热力过程分析查表应用一：确定状态查表应用一：确定状态查表时先要确定在五态中的哪一态。查表时先要确定在五态中的哪一态。例例.1 已知已知 ：p=1MPa,试确定试确定t=100, 200 各处于哪个状态各处于哪个状态, 各自各自h是多少？是多少？ts(p)=179.88（179.916 )t=100 ts, 过热蒸汽过热蒸汽h=2827.5kJ/kg查表应用二：确定状态参数查表应用二：确定状态参数已知已知 t=250, 5kg 蒸汽占有蒸汽占有0.

12、2m3容积容积, 试问蒸试问蒸汽所处状态汽所处状态? 若为湿蒸汽，若为湿蒸汽，X=?30.2m0.04kg5v kgmv3001253. 0t=250 , kgmv305002. 00.040.00125130.7950.050020.0012513vvxvvvvv湿蒸汽状态湿蒸汽状态利用表确定参数说明：利用表确定参数说明：其中：未饱和水与过热蒸汽状态、饱和水与干饱和其中：未饱和水与过热蒸汽状态、饱和水与干饱和蒸汽状态均可以由表直接查出。蒸汽状态均可以由表直接查出。湿蒸汽状态的确定：湿蒸汽状态的确定：1kg干度为干度为x的湿空气含的湿空气含xkg蒸汽和蒸汽和（1-x）kg饱和水饱和水xxxxs

13、xxxvphuTrxsssxssxxssxrhhhxhhxxhhxvvvxvvxxvv) ()1 () ()1 () ()1 (查表应用三：表中未有数值确定查表应用三：表中未有数值确定已知已知 t=85, p=0.015MPa , 试确定状态试确定状态? h=?ts=54.0 , 过热状态过热状态p=0.015MPa内插法内插法p=0.01MPat=850.01kJ 2658.8 kghp=0.04MPat=850.04kJ 2654.7 kghp=0.015MPat=852658.82654.7kJ 2658.82658.1 kg6h查表应用四：热力过程分析查表应用四：热力过程分析 在一刚性

14、容器内充满在一刚性容器内充满p=0.1MPa，t=20的的水。由于太阳照射，使其温度升为水。由于太阳照射，使其温度升为40,求容器求容器承受的压力。承受的压力。p=0.1MPat=203m 0.0010018 kgv t=40 14.0MPap 等容过程等容过程储液罐很危险，储液罐很危险，不能装满。不能装满。 例5-1 练习4、5、6、7 组成： 定焓（定焓（h）线）线 定熵（定熵（s）线）线 定压（定压（p）线）线 定容（定容（v）线（红色）线（红色） 定温（定温（t）线）线 定干度（定干度（x）线）线 应用：三、水蒸气的焓三、水蒸气的焓熵图熵图焓熵图的画法焓熵图的画法(1)（上界线上界线）、饱和液线（）、饱和液线（下下qTdsdhvdpp0hTsCCp0hTsC点为分界点，不在极值点上点为分界点，不在极值点上焓焓 熵熵 图图焓熵图的画法焓熵图的画法(2)气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体两相区：两相区：T、p一一对应，一一对应，T 线即线即 p 线线在在x=0, x=1之间，从之间，从C点出发的等分线点出发的等分线同理想气体