水蒸气和湿空气

水蒸气和湿空气第一页，共四十九页，编辑于2023年，星期三水蒸气内容要求:掌握水蒸气的定压产生过程；分析确定水蒸气的状态；了解水蒸气的热力过程；掌握蒸汽热力性质图表的结构和应用第二页，共四十九页，编辑于2023年，星期三蒸气：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。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用的工质。来源丰富，无毒无味，比热容大，传热好，有良好的膨胀和载热性能，不污染环境。热工计算：不能按理想气体处理。状态方程式，比热的函数关系以及有关热工计算的经验公式都比较复杂。采用查图查表方法——蒸气的热力性质图表。第三页，共四十九页，编辑于2023年，星期三5—1水蒸气的产生过程1.汽化(vaporation)：物质由液态转变为气态的过程。汽化的方式有两种：蒸发和沸腾。

5-1-1基本概念2.液化(liquefaction)：物质由气态转变为液态的过程（凝结）。3.蒸发(boil-off)：在液体表面较缓慢地进行的汽化过程。蒸发可以在任何温度下进行。特点第四页，共四十九页，编辑于2023年，星期三蒸发速度取决于液体的性质，液体的温度，蒸发表面积和液面上气流速度。4.沸腾(boiling):

在特定的温度下发生，在液体内部和表面同时进行的强烈的汽化过程。沸腾的温度与液体所受的压力有关。特点沸点(boilingpoint)：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，沸点还随压力的升高而增大。沸腾状态的水总是烫手的。第五页，共四十九页，编辑于2023年，星期三5.饱和状态(saturationstate)：气液两相处于动态平衡的状态。饱和液体(saturatedliquid)：饱和状态下的液体；饱和蒸气(saturatedvapor)：饱和状态下的蒸气；饱和温度和饱和压力：

特点：（1）汽液共存；（2）汽液同温；（3）饱和压力随饱和温度的升高而增大，两者一一对应。第六页，共四十九页，编辑于2023年，星期三6.湿饱和蒸汽(wetvapor)：

是饱和蒸汽与饱和液体的混合物．二者处于两相平衡。7.干饱和蒸汽：不含有液体的饱和蒸汽。8.过热蒸汽(superheatedvapor)；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t–饱和蒸汽温度ts。9.过冷液体(subcooledliquid)：

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ts

–过冷液体温度t。第七页，共四十九页，编辑于2023年，星期三

5-1-2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。分析假设：汽缸中有1kg，初温为0ºC的水，水面上有一个可以移动的活塞，施加一定的压力p（不同实验序号下维持恒定压力），在容器底部对水加热。p加热第八页，共四十九页，编辑于2023年，星期三1.水蒸气产生过程的三个阶段p加热p加热p加热p加热p加热未饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽饱和水水定压预热饱和水定压汽化干蒸汽定压过热第九页，共四十九页，编辑于2023年，星期三吸热，温度升高，比体积略增水定压预热：未饱和水饱和水参数：ps，ts，v’，h’，s’第十页，共四十九页，编辑于2023年，星期三饱和水定压汽化继续加热，水开始汽化，饱和温度不变，比体积增大，水量逐渐减少，汽量逐渐增加参数：ps，ts，vx，hx，sx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参数：ps，ts，v”，h”，s”参数：ps，ts，v’，h’，s’湿饱和蒸汽干饱和蒸汽饱和水第十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期三干蒸汽定压过热干饱和蒸汽过热蒸汽继续加热，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参数：ps，ts，v”，h”，s”第十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期三2.水蒸气定压形成过程在p-v图和T-s图表示

abcdep预热汽化过热

vv’vxv”vvTsabcdes’sxs”s某一压力下第十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期三3.水蒸气定压形成过程的能量关系（1）未饱和水的定压预热阶段液体热用焓差表示（2）饱和水的定压（定温）汽化阶段用汽化潜热表示：或用熵来计算汽化潜热：

Tsabcdes’sxs”sTS第十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期三表示湿蒸汽的干燥程度；饱和水x=0，干饱和蒸汽x=1;汽轮机运行时，干度规定x=0.86-0.88干度(quality)：湿蒸汽中所含有的干饱和蒸汽的质量分数。说明

Tsabcdes’sxs”sTS第十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期三（3）干饱和蒸汽的定压过热阶段

水蒸气定压产生过程中所需的热量：过热热量(heatofsuperheating)

用焓差表示：

Tsabcdes’sxs”s第十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期三

5-1-3不同压力下水蒸气定压形成过程的p-v图和T-s图a1a2a3a4b4b2b3b1d4d3d2d1e4e3e2e1CTcrTABpcr0svppcra1a2a3a4b1e1d1b4b3b2d4d3d2e4e3e2BCATcr0第十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期三临界点(criticalpoint)下临界线(saturationliquidline)：不同压力下饱和水状态上临界线(saturationvaporline)：不同压力下干饱和蒸汽状态液相区(liquidregion)汽液两相区(liquid-vaporregion)汽相区(vaporregion)未饱和水，饱和水，湿饱和蒸汽，干饱和蒸汽，过热蒸汽2线3区5态1点是否有400ºC的水？0ºC或-10ºC的水蒸气第十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期三5—2水蒸气的状态参数

5-2-1零点的规定：

理想气体和实际气体的不同比较选择水的三相点（273.16K）的液相水为基准点。规定该状态下，液相水的热力学能和熵为零。即：焓：第十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期三

5-2-2水与水蒸气表(steamtablesforwater)饱和水与饱和水蒸气的热力性质表（附表5，6）未饱和水与过热水蒸气的热力性质表（附表7）按温度排列（附表5）按压力排列（附表6）粗黑线上方：未饱和水参数粗黑线下方：过热水蒸气参数两种第二十页，共四十九页，编辑于2023年，星期三饱和水与饱和水蒸气的热力性质表——温度排序第二十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期三饱和水与饱和水蒸气的热力性质表——压力排序第二十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期三1.饱和水和饱和水蒸气压力温度比体积比焓汽化潜热比熵液体蒸汽液体蒸汽液体蒸汽ptv’v‘’h’h’’γs’s’’0.00106.94910.0010001129.18529.212513.292484.10.10568.9735压力ps或温度ts饱和水：已知ps/ts，确定v’,h’,s’,u’=h’-psv’饱和水蒸气：已知ps/ts，确定v’’,h’’,s’’,u”=h”-psv”第二十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期三2.湿饱和蒸汽压力温度比体积比焓汽化潜热比熵液体蒸汽液体蒸汽液体蒸汽ptv’v‘’h’h’’γs’s’’0.00106.94910.0010001129.18529.212513.292484.10.10568.9735压力ps/温度ts，干度x湿饱和蒸汽第二十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期三未饱和水与过热水蒸气的热力性质表第二十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期三2.未饱和水与过热水蒸气压力p,和温度t8.34222648.916.2688.66392649.732.5669.40802650.3162.956808.23132610.815.3368.55372611.830.7129.29842612.7153.717600.5723167.510.00100798.43662574.028.8549.18232575.2144.475400.296383.870.00100180.296383.870.00100189.05882537.7135.226200.151042.010.00100030.151042.010.00100038.99382519.0130.59810-0.0002-0.040.0010002-0.0002-0050.0010002-0.0002-0.050.0010020shvshvshv温度t0.010MPa0.005MPa0.001MPa压力p第二十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期三利用水蒸气表，确定下列各点的状态（1）t=45ºC,v=0.00100993m3/kg;（2）t=200ºC,x=0.9;（3）p=0.5MPa,t=165ºC;（4）p=0.5MPa,v=0.545m3/kg例题第二十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期三结论判断工质所处状态已知（p,t）查饱和蒸汽图表，确定蒸汽状态。未饱和液体状态饱和状态，还需再给定干度x过热蒸汽状态若已知p(或t),及某一比参数v,h,s,先查饱和蒸汽表,确定蒸汽状态。未饱和液体状态饱和状态过热蒸汽状态再查未饱和水和过热蒸汽表确定参数第二十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期三思考题1.临界点时，饱和液体的焓等于干饱和蒸汽的焓。2.某液体的温度为T，若其压力大于T对应的饱和压力，则该液体一定处于未饱和液体状态。3.干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为（）。4.知道了温度和压力，就可以确定水蒸气的状态。5.水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W。Tps(T)实际气体过热蒸汽第二十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期三5—3水蒸气的基本热力过程水蒸气的基本热力过程：定容，定压，定温和绝热过程。求解任务：（1）确定初，终态的参数；（2）确定过程中的热量和功量。求解方法：查表，图，根据专用方程用计算机计算第三十页，共四十九页，编辑于2023年，星期三求解步骤（1）根据初态的两个参数，通常(p,t)/(p,x)/(t,x)，从表或图中查出其它初态参数；（2）根据过程特征及一个终态参数确定终态，再从表或图中查得其它终态参数；（3）根据初，终态参数计算q,u,w。求解原理：热力学第一，二定律；可逆过程关系式。理想气体如何确定初，终状态参数？第三十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期三水蒸气由p1=1MPa,t1=300ºC可逆绝热膨胀到p2=0.1MPa,求1kg水蒸气所作的膨胀功和技术功。例题思路：（1）确定初态，及初态参数；（2）确定终态，及终态参数；（3）根据过程特点和能量守恒，计算功量。查表第三十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期三湿空气的性质内容要求掌握未饱和湿空气与饱和湿空气；掌握绝对湿度，相对湿度和含湿量的概念；了解湿空气的基本热力过程。第三十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期三

5—4湿空气湿空气：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。湿空气的特点：湿空气可以看作是理想气体的混合物；水蒸气分压力很小，多处过热状态，v较大。湿空气遵守道尔顿分压力定律；p=pv+pa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；水蒸气的含量或成分会变化。

湿空气来自环境大气(pb)第三十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期三

5-4-1未饱和湿空气与饱和湿空气空气中水蒸气的含量不同——即分压力有高低1.未饱和湿空气：由干空气和过热蒸汽组成的湿空气。若pv<ps,湿空气中水蒸气处于过热状态设：湿空气温度T（相应饱和压力ps）水蒸气的分压力pv。分析未饱和湿空气可理解为：水蒸气的分压力尚未达到湿空气温度下的饱和压力。第三十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期三C水蒸气分压力：水蒸气的密度：Avp0pvpsT水蒸气的分压力还可继续增大。未饱和湿空气还具有吸收水分的能力。第三十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期三T一定时，增加水蒸气含量，使pv不断增大。当pv=ps(T)，湿空气中水蒸气达到饱和，过热蒸汽——干饱和蒸汽，不再具有吸收水分的能力。CAvp0pvpsT0sAPSPVTC如何将过热蒸汽转变为饱和蒸汽？第三十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期三2.饱和湿空气由干空气和干饱和水蒸气组成的湿空气。“饱和”的含义：pv=pvmax=ps(T)，水蒸气的分压力达到最大值。分析在该温度下，湿空气不可能再吸收水分，达到饱和。向饱和湿空气加入水蒸气，将凝结成水滴析出。第三十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期三如何将未饱和湿空气——饱和湿空气思考C法1：T一定时，增加pv=pvmax=ps（T）,A—C。法2：保持水蒸气含量（pv）不变，降低湿空气温度T=TS（PV），A—B。BCBDDAvp0pvpsTT0sAPSPVTTd第三十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期三

5-4-2露点1.结露：保持湿空气中水蒸气的分压力不变，对饱和湿空气继续冷却降温，则其中的部分水蒸气将凝结为水，这种现象称为结露。2.露点温度：湿空气中水蒸气的分压力pv所对应的饱和温度。说明若Td<0ºC,就会出现结霜。析湿过程T0sAPSPVTTd露点C第四十页，共四十九页，编辑于2023年，星期三

5-4-3相对湿度和含湿量湿空气的湿度：是指湿空气中水蒸气的含量。1.绝对湿度：（1）定义：1m3的湿空气中所含水蒸气的质量。（2）表示：（3）对饱和湿空气水蒸气的体积第四十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期三2.相对湿度：（1）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。（2）几点说明：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，吸湿能力越强。相对湿度：φ=0，对应于干空气；φ=1，湿空气为饱和湿空气。第四十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期三3.含湿量（比湿度）（1）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。