第七章水蒸气及湿空气

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1、第七章第七章 水蒸气及湿空气水蒸气及湿空气主主 要要 内内 容容汽化过程是吸热过程。汽化过程是吸热过程。液态物质液态物质(放热放热)凝结凝结(吸热吸热)汽化汽化气态物质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。汽相空间蒸汽分子越多，蒸汽压力越大，凝结速度越快。ss( )pf t 动态平衡动态平衡的状态就称为的状态就称为饱和状态饱和状态。饱和蒸汽饱和蒸汽饱和液体饱和液体在饱和状态下在饱和状态下,有有:饱和温度和饱和压力一一对应。饱和温度和饱和压力一一对应。 wvvmmmx饱和液体和饱和饱和液体和饱和蒸汽的混合物蒸汽的混合物干度干度x的取值范围为的取值范围为01。x 0 ，饱和液体

2、饱和液体0 x1 ，湿湿(饱和饱和)蒸汽蒸汽x 1 ，干饱和蒸汽干饱和蒸汽 引入干度引入干度x可确定湿蒸汽中所含饱和液体和饱和蒸汽的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。量，或确定湿蒸汽的状态。 ptts v ptts v0 pts v pts vx pts v( , )v h s (,)v h s abcderhhsttstt预热阶段预热阶段汽化阶段汽化阶段过热阶段过热阶段临界点临界点C饱和水线饱和水线 (x 0) 、饱和蒸汽线饱和蒸汽线(x 1）末饱和水区、汽液两相共存区、过热蒸汽区末饱和水区、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

3、汽末饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽一点一点二线二线三区三区五态五态 在临界点在临界点C汽液两相差异完全消失，汽液相变将在瞬间完成。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。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水蒸气的定压发生过程t tsv vv = vv = vv v v未饱和水未饱和水饱和水饱和水 饱和湿蒸汽饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽饱和干蒸汽 过热蒸汽过热蒸汽h hh = hh = hh h hs ss = ss = ss s s水预热水预热汽化汽化过热过热四、水蒸气热力性质图表四、水蒸气热力性质图表 水蒸气

4、不同于理想气体，其参数通过实验和分析的方法求得，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，列成数据表或绘成线算图，以供工程计算查用。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、零点的规定 水蒸气图表选定水蒸气图表选定水的三相点水的三相点（即（即273.16K的液相水）的液相水）作为基准点，规定在该点的液相水的作为基准点，规定在该点的液相水的u、s值为零值为零,此时有此时有t00.01 C，p0611.659Pa，v 00.001000213k，u 0=0kJ/kg；s 0=0kJ/（kg K） 0 u 0 p0 v 0 0.611Jkg0 kJkg 2 2、水和水蒸气

5、表、水和水蒸气表饱和水与饱和蒸汽表饱和水与饱和蒸汽表（附表附表3）按温度排列（按温度排列（附表附表1）按压力排列（按压力排列（附表附表2）湿蒸汽参数的确定湿蒸汽参数的确定:)()1 (vvxvvxvxvx xrhhhxhhxhxhx )()1 (Trxsssxssxsxsx )()1 (xxxpvhu参数右上角加参数右上角加“ ”表示表示饱和液体饱和液体参数，加参数，加“ ”表示表示饱和蒸汽饱和蒸汽参数参数p ps，t ts 例例7-2 试判断下列情况下水处于什么状态，并确定其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。（它各参数的值。（1）p 0.1MPa，t 50；（；（2）p

6、0.5MPa，t 200；（；（3）p 0.8MPa，v=0.22m3/kg；（4）p 1MPa，t 179.916。 解：解：（1）查附表，）查附表，p 0.1MPa，ts 99.634。而。而tts，故第一种情况为未饱和水状态。查附表，当故第一种情况为未饱和水状态。查附表，当p 0.1MPa，t 50时用线性插值法求得未饱和水的其它参数为时用线性插值法求得未饱和水的其它参数为v 0.00101245m3/kg，h 209.405kJ/kg，s 0.70175kJ/（kg K），），u h pv 209.405 0.1 103 0.00101245 209.304（kJ/kg） （2）查附表

7、，）查附表，p 0.5MPa，ts 151.867，而，而tts，故第，故第二种情况为过热水蒸气状态。查附表，当二种情况为过热水蒸气状态。查附表，当p 0.5MPa，t 200时，过热水蒸气的其它参数为时，过热水蒸气的其它参数为v 0.42487m3/kg，h 2854.9kJ/kg，s 7.0585kJ/（kg K），），u h pv 2854.9 0.5 103 0.42487 2642.465（kJ/kg） （3）查附表，当）查附表，当p 0.8MPa时，时，v 0.0011148m3/kg，v0.24037m3/kg；h 721.2kJ/kg，h2768.86kJ/kg；s 2.046

8、4kJ/（kg K），），s6.6625kJ/（kg K）因为因为v 0.22m3/kg，介于饱和水与干饱和水蒸气之间，介于饱和水与干饱和水蒸气之间，即即 v vv ， 故第三种情况为湿蒸汽状态。故第三种情况为湿蒸汽状态。 由式由式 可得干度可得干度该状态下的其它参数为该状态下的其它参数为 tx ts 170.444 hx h +x（hh ） 721.2+0.915 （2768.68 721.2） 2594.64（kJ/kg） sx s +x（ss ） 2.0464+0.915 （6.6625 2.0464） 6.2701kJ/（kg K） ux hx pvx 2594.64 0.8 103

9、0.22 2418.64（kJ/kg） （4）查附表，）查附表，p 1MPa，ts 179.916，t ts。故第四。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。气还是湿蒸汽，其余参数也无法确定。 915. 00011148. 024037. 00011148. 022. 0 vvvvxx)(vvxvvx 3 3、水蒸气的焓熵图、水蒸气的焓熵图欲获得水蒸汽的状态参数欲获得水蒸汽的状态参数,可查可查水蒸气表水蒸气表水蒸气的焓熵图水蒸气的焓熵图(莫里尔图莫里尔图)定焓线定焓线h定熵线定熵线sP4P3P1P2

10、12=1t1t2t3t4v1v2v3oSh=0c课本课本30页页水蒸气的热力过程分析计算水蒸气的热力过程分析计算步骤步骤：（1）根据已知初态的两个独立参数，在图上（或水蒸气）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。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）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。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）根据已求的初、终态

11、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，即定律等基本方程计算工质与外界传递的能量，即q，w等。等。21()wp vv工程计算中最常遇到工程计算中最常遇到.如水在锅炉中吸如水在锅炉中吸热形成水蒸气的过程热形成水蒸气的过程;水蒸气通过各种水蒸气通过各种换热器进行热交换的过程换热器进行热交换的过程12hhhq121212vvphhuuu0dtpvwuqw或或12:定压吸热膨胀升温定压吸热膨胀升温21:定压放热被压缩降温定压放热被压缩降温12过程过程: 定容吸热升压升温，定容吸热升压升温，吸收的热量全部转化为热力学能吸收的热量全部转化为热力学能0dvpw21tdppvpvwv

12、pphhuuuq12121212过程过程: 定温膨胀定温膨胀; 蒸汽状态由湿蒸汽变为干蒸汽状态由湿蒸汽变为干饱和蒸汽饱和蒸汽,再变为过热蒸汽再变为过热蒸汽12ssTq112212vpvphhuuqw 1212thhssThqw0q11221212vpvphhuuuuw21thhhwhS12=12t2P1P2t1(a)可逆绝热过程hSs2s1P1t112=12t2P2例例5-3 水蒸气在水蒸气在0.2MPa压力下从压力下从150定压加热到定压加热到250，试，试求求1kg水蒸气的吸热量、所作的膨胀功及热力学能增量。水蒸气的吸热量、所作的膨胀功及热力学能增量。 解：解：在在h-s图上，由图上，由p

13、 0.2MPa的定压线与的定压线与t1 150的定温的定温线相交得初状态点线相交得初状态点1，与，与t2 250的定温线相交得终状态点的定温线相交得终状态点2，如图如图5-6所示。查得所示。查得 h1=2772kJ/kg，v1=1m3/kg h2=2973kJ/kg，v2=1.22m3/kg吸热量吸热量 （kJ/kg）膨胀功膨胀功 （kJ/kg）热力学能增量热力学能增量 （kJ/kg） 2012772297312hhq44122. 1102 . 0)(312vvpw15744201wqu 例例5-4 水蒸气由压力水蒸气由压力p1 1MPa，温度，温度t1 300，可逆绝，可逆绝热膨胀至热膨胀至

14、0.1MPa，试求，试求1kg水蒸气所作的膨胀功和技术功。水蒸气所作的膨胀功和技术功。（分别用（分别用h-s图和水蒸气表计算）图和水蒸气表计算）解：解：（1）用）用h-s图计算在图计算在h-s图上，由图上，由p1 1MPa的定压的定压线与线与t1 300的定温线相交得点的定温线相交得点1，查得，查得 h1 3050kJ/kg，v1 0.26m3/kg并求得并求得 u1 h1 p1v1 3050 1 103 0.26 2790（kJ/kg）过点过点1作定熵线与作定熵线与p2 0.1MPa的定压线相交得点的定压线相交得点2，查得，查得 h2 2590kJ/kg，v2 1.65m3/kg求得求得 u

15、2 h2 p2v2 2590 0.1 103 1.65 2425（kJ/kg）故膨胀功和技术功为故膨胀功和技术功为 （kJ/kg） （kJ/kg） 3652425279021uuw4602590305021thhw（2 2）用蒸气表计算）用蒸气表计算 根据根据p1 1 1 1MPa、t1 1 300300，查附表，查附表6 6未饱和水和过热蒸汽表，得未饱和水和过热蒸汽表，得 h h1 1 3050.43050.4 kJ/ /kg，v1 1 0.257930.25793m3 3/ /kg， s1 1 7.12167.1216kJ/ /（kg K）所以所以 u1 1 h1 1 p1 1v1 1 3

16、050.4 1 1 10103 3 0.25793 2792.5（kJ/ /kg）根据终压根据终压p2 2 0.10.1MPa，查，查附表附表5 5按压力排列的饱和水与饱和按压力排列的饱和水与饱和水蒸气水蒸气表，得表，得 t ts s 99.634；v 0.00104320.0010432m3 3/ /kg， v v 1. .6943m6943m3 3/ /kg；h 417.52417.52kJ/kg/kg， h h 2675.142675.14kJ/kg/kg；s s 1.30281.3028kJ/ /（kg K），）， s 7.35897.3589kJ/ /（kg K）故 )(ssxssx

17、 96. 03028. 13589. 73028. 11216. 722 ssssx3 .3702 .24225 .279221uuw6 .4658 .25844 .305021thhw故故 h2 2 h +x2 2(hh ) ) 417.52417.52+0.90.96 6 (2675.142675.14 417.52)417.52) 258 84.4.8 8（kJ/kg/kg）v v2 2 v +x2 2(vv ) ) 0.00104320.0010432+0.90.96 6 (1.6943 0.0010432)0.0010432) 1. .6 62 26666（m m3 3/ /kg）

18、u u2 2 h2 2 pv2 2 2584.84 0.10.1 103 1.6266 2422.2（kJ/kg） 故膨胀功和技术功为故膨胀功和技术功为（kJ/kg）（kJ/kg） 因为因为s2 s1 7.1216kJ/（kg K），）， s s2s ，所以状，所以状态态2是湿蒸汽。先求是湿蒸汽。先求x2。根据。根据 指由两种或两种以上不发生化学反应的气体指由两种或两种以上不发生化学反应的气体组成的组成的混合物混合物。什么是什么是混合气体混合气体?如如:烟气、空气烟气、空气 当混合气体中的每一种组成气体都是理想气当混合气体中的每一种组成气体都是理想气体时，由它们组成的混合气体也可以看作是体时，

19、由它们组成的混合气体也可以看作是理想理想气体气体, 具有理想气体的一切特性。具有理想气体的一切特性。湿空气湿空气自然界中存在的空气都是湿空气。自然界中存在的空气都是湿空气。干空气干空气 +水蒸气水蒸气湿空气可视为湿空气可视为理想混合气体理想混合气体。制冷工程中制冷工程中, 空气中水蒸气的影响不能忽略。空气中水蒸气的影响不能忽略。 n1iippbppvappp 上式中，上式中，下标下标v代表代表水气水气，a代表代表干空气干空气 。湿空气的总压力等湿空气的总压力等于干空气分压力和于干空气分压力和水蒸气分压力之和水蒸气分压力之和 在采暖和空气调节等工程中所处理的湿空在采暖和空气调节等工程中所处理的湿

20、空气就是大气，因此有气就是大气，因此有vabpppbvppf2 2、 饱和湿空气和未饱和湿空气饱和湿空气和未饱和湿空气饱和湿空气饱和湿空气未饱和湿空气未饱和湿空气(干干)饱和蒸汽饱和蒸汽干空气干空气 +干空气干空气 +过热蒸汽过热蒸汽pv ps(t)Pv=ps(t)ps(t):同温度下水同温度下水蒸气的饱和压力蒸气的饱和压力定温定温(t析出水滴析出水滴二、湿空气的湿度二、湿空气的湿度 湿度湿度: 湿空气中水蒸气的含量。湿空气中水蒸气的含量。含湿量含湿量 相对湿度相对湿度 绝对湿度绝对湿度 三种湿度三种湿度 Rg,v 水蒸气的气体常数水蒸气的气体常数，Rg,v 461.5J（kg K）。1. 绝

21、对湿度绝对湿度 1m3湿空气中所含水蒸气的湿空气中所含水蒸气的质量质量，称，称为绝对湿度。即为绝对湿度。即湿空气中水蒸气的密度湿空气中水蒸气的密度：VmvvTmRpVgTRpvg,vv 绝对湿度只能说明绝对湿度只能说明湿空气中实际所含水蒸气的多湿空气中实际所含水蒸气的多 少少，而不能说明湿空气的干、湿程度或吸湿能力，而不能说明湿空气的干、湿程度或吸湿能力 的大小。的大小。饱和湿空气饱和湿空气干空气干空气未饱和湿空气未饱和湿空气10102. 相对湿度相对湿度 湿空气的湿空气的绝对湿度绝对湿度与与同温度下饱和湿空气同温度下饱和湿空气的绝对湿度的绝对湿度之比称为相对湿度。之比称为相对湿度。svTmR

22、pVgTRpvg,vvTRpvg,ss%100svpp3. 含湿量含湿量d 含有含有1kg干空气干空气的湿空气中所含有的水蒸气的湿空气中所含有的水蒸气质量称为质量称为含湿量含湿量或或比湿度比湿度。TmRpVgvvaa0.622mpdmpkg/kg（干空气（干空气)TRVpmag,aaTRVpmvg,vvRg,v 461.5J/（kg K）Rg,a 287J/（kg K）对大气，对大气，vbapppvbv622. 0pppdsvppsbs622. 0pppd 1. 干球温度干球温度t2. 湿球温度湿球温度tw测量湿球温度。测量湿球温度。 湿球温度的高低取决于湿空气的湿球温度的高低取决于湿空气的温

23、度温度和和湿度湿度。当空气。当空气 的温度一定时，湿度越大，测得的湿球温度越接近空的温度一定时，湿度越大，测得的湿球温度越接近空 气的干球温度，当空气中的水蒸气达到饱和状态时，气的干球温度，当空气中的水蒸气达到饱和状态时， 测得的湿球温度与干球温度相等。测得的湿球温度与干球温度相等。干球温度不能反映湿空气中水蒸气含量的多少和湿空干球温度不能反映湿空气中水蒸气含量的多少和湿空气是否还具有吸收水蒸气的能力。气是否还具有吸收水蒸气的能力。测量湿空气的真实温度。测量湿空气的真实温度。 对未饱和湿空气，湿纱布中的水对未饱和湿空气，湿纱布中的水分蒸发吸热使水温降低，空气热量传分蒸发吸热使水温降低，空气热量

24、传给湿纱布中的水，若水蒸发所需的热给湿纱布中的水，若水蒸发所需的热量大于空气向水传递的热量时，则水量大于空气向水传递的热量时，则水温继续下降，直到纱布表面水蒸发所温继续下降，直到纱布表面水蒸发所需的热量正好等于空气向水传递的热需的热量正好等于空气向水传递的热量时，纱布中的水温则不再下降，达量时，纱布中的水温则不再下降，达到平衡，这个稳定的温度就称为到平衡，这个稳定的温度就称为湿球湿球温度温度。整个蒸发和传热过程可以近似。整个蒸发和传热过程可以近似看作是看作是定焓过程定焓过程。饱和湿空气饱和湿空气未饱和湿空气未饱和湿空气 湿空气中水蒸气分压力湿空气中水蒸气分压力pv所对应的饱和温度称为所对应的饱

25、和温度称为露点温度露点温度td ，简称为，简称为露点露点。即开始结露时的温度。即开始结露时的温度。ps(t):同温度下水蒸同温度下水蒸气的饱和压力气的饱和压力含湿量含湿量d不变不变,定定pv下降温下降温, 3. 露点温度露点温度td在空气调节中，常常利用露点来在空气调节中，常常利用露点来控制空气的干、湿程度。控制空气的干、湿程度。继续继续降温降温,ttd结露结露 当当ttd ,湿空气中的水蒸气湿空气中的水蒸气凝结成水滴并分离出来凝结成水滴并分离出来结霜结霜4. t、tw 与与td 间的关系间的关系 除干球温度外，湿球温度、露点温度都与湿空除干球温度外，湿球温度、露点温度都与湿空气中的水蒸气的含

26、量有关，气中的水蒸气的含量有关，对对不饱和湿空气不饱和湿空气:对对饱和湿空气饱和湿空气:所以所以 ttwtd t tw td四、湿空气的焓四、湿空气的焓 湿空气的焓：湿空气的焓： H Ha Hv maha mvhv湿空气的比焓：湿空气的比焓： vavavadhhhmmhhkJ/kg（干空气）（干空气）工程中，取工程中，取0 0 C C时时ha=0，且，且cp 1.005 kJ/（kgK）,则则tttchp005. 10005. 1a湿空气中湿空气中hv，可用，可用查表法查表法或或公式法公式法求取。求取。1. 查表法查表法已知已知由未饱和水与过热水蒸气的热力性质表由未饱和水与过热水蒸气的热力性质

27、表t , pv湿空气中水蒸湿空气中水蒸气的分压力气的分压力或已知或已知t , pb, dvbv622. 0pppd附表附表6直接查得直接查得hv1.005vhtdh因此因此2. 公式法公式法取水的三相点为基准取水的三相点为基准tdth859. 12501005. 1vhh 31312hhhhhh 125012501ppcttc t例例6-2五、五、 湿空气的焓湿图湿空气的焓湿图 利用利用焓湿图焓湿图可方便地确定湿空气的状态参数，分析计可方便地确定湿空气的状态参数，分析计算湿空气的热力工程。算湿空气的热力工程。（2 2）定焓线簇定焓线簇 h0 、h1、 h2 、h3 （1 1）定含湿量线簇定含湿

28、量线簇 d1、 d2 、d3 （3 3）定温线簇定温线簇 t0 、t1、 t2 、t3 （4 4）定相对湿度线簇定相对湿度线簇 1、 2 、 3 （5 5）水蒸气分压力线水蒸气分压力线pv1. 焓湿图的构成（坐标夹角）焓湿图的构成（坐标夹角）.湿空气焓湿图的应用湿空气焓湿图的应用（2）确定露点温度）确定露点温度pb确定时，只要已知确定时，只要已知d、h、t、 、pv中的任意两个状态中的任意两个状态参数，就可确定状态点，并查出其余参数。参数，就可确定状态点，并查出其余参数。不同状态的湿空气，不同状态的湿空气，只要其含湿量只要其含湿量d相同相同，则，则具有具有相同的露点相同的露点。（4）表示和计算

29、湿空气）表示和计算湿空气的状态变化过程的状态变化过程湿空气的湿球温度湿空气的湿球温度tw也即是定焓冷却至饱和湿空气也即是定焓冷却至饱和湿空气（ 100）时的温度。）时的温度。不同状态的湿空气不同状态的湿空气,只要其只要其h相同相同，则，则tw相同相同。六、六、 湿空气的基本热力过程湿空气的基本热力过程 1、单纯加热或冷却过程、单纯加热或冷却过程d不变不变12qdh1212122加热加热1 221kJ/kgqhh干空气放热放热1 221kJ/kgqhh干空气hh2 2、冷却去湿、冷却去湿过程过程qdh121212234d1h1d4h4d1-d4h水水1414hhddhq水1414qhhddh水3

30、 3、绝热加湿、绝热加湿过程过程dh112d1h1d2h2d2-d1h水水1212hddhh水t1t2向空气中喷水，汽化潜热向空气中喷水，汽化潜热来自空气本身，来自空气本身，t蒸发冷却过程蒸发冷却过程12hh4 4、加热加湿、加热加湿过程过程dh12d1h1d2h2d2-d1h水水1212qhddhh水t1t2212121qhhddhhh水qh2h1设设t不变不变 12设设 不变不变 133h3123aaammm5 5、绝热混合、绝热混合过程过程1 12233aaam hm hm h空调工程常用方法空调工程常用方法d1d2ma2ma1ma3d31 12233aaam dm dm d1 1122322aaaaam dmmddmm132213aamddmdd132213aamhhmhh3213dddd32133213hhhhdddd5 5、绝热混合、绝热混合过程过程dh112h3h23h13213132132aahhhhmddddmd1d2ma2ma1ma3d3ma1ma2End of Chapter 7