6水蒸气和湿空气

h xh" (1 x)h'
v xv" (1 x)v'
y xy" (1 x) y'
s xs" (1 x)s'
x
y y' y" y'
已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度x
h ,v ,s
水和水蒸气表
两类 1、饱和水和干饱和蒸汽表 2、未饱和水和过热蒸汽表
wt h1 h2'
水蒸气的绝热过程
汽轮机、水泵 q = 0
h
h1
1
p1
h2’
h2
p2 22’
s
可逆过程： s
wt h1 h2
不可逆过程
wt h1 h2'
透平内效率
oi
h1 h2' h1 h2
湿空气
空调、通风、烘干、冷却塔、储存
湿空气＝（干空气＋水蒸气） Dry air
理想混合气体
干燥的冬天pv小， td< 0.0 oC 结霜 frost
T
结雾？fog
pv=0.04bar
大气温度t=30oC
d td=28.98oC 冷水管t=20oC
s
湿空气的湿度
湿空气中所含水蒸气的量
1、相对湿度 relative humidity
2、比湿度 Specific humidity 含湿量 Humidity ratio
100 373.15 0.1013250.00104371.6738 419.06 2676.31.3069 7.3564
200 473.15 1.5551 0.0011565 0.12714 825.4 2791.4 2.3307 6.4289
300 573.15 8.5917 0.0014041 0.021621345.4 2748.4 3.2559 5.7038
汽化: 由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化)
Vaporization
蒸发：汽液表面上的汽化 沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化
Boil (气体和液体均处在饱和状态下)
饱和状态Saturation state
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
Saturation temperature 饱和温度Ts 一一对应 饱Sa和tu压ra力tiopns pressure
5、等容线 v 同理想气体一样， v 线比 p 线陡
6、等干度线 x 在x=0, x=1之间，从C点出发的等分线
焓熵图
h
T C
x s
水蒸气的热力过程
热力过程： p s T v
任务： 确定初终态参数，
计算过程中的功和热 在p-v、T-s、h-s图上表示
注意理想气体过程的区别
第一定律与第二定律表达式均成立
放掉一些水，Ts不变， ps？
Ts
ps
ps=1.01325bar
青藏ps=0.6bar 高压锅ps=1.6bar
Ts=100 ℃ Ts=85.95 ℃
Ts=113.32 ℃
水蒸气的定压生成过程
t < ts
t = ts t = ts
t = ts
t > ts
未饱和水 饱和水 饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽 过热蒸汽
焓、内能、熵零点的规定：
原则上可任取零点，国际上统一规定。
水的三相点 T 273.16 u 0 s 0 但 h u pv 原则上不为0， 对水：
p 611.2Pa v 0.00100022 m3 kg h u pv 0.6 J kg 0.0006kJ kg 0
焓熵图的画法(1)
饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）
t / oC T /K
p / MPa
v' / m3 / kgv"m3 / kg
h'
h"
s' / kJ / s" / kJ /
kJ / kg kJ / kg (kg K) (kg K)
0.01 273.16 0.0006110.00100022 206.1750.000614 2501.0 0.0000 9.1562
0.1 2258.2 99.63 0.00104341.6946 417.51 2675.7 1.3027 7.3608 1.0 2014.4 179.88 0.0011274 0.19430 762.6 2777.0 2.1382 6.5847
10 1315.8 310.96 0.0014526 0.01800 1408.6 2724.4 3.3616 5.6143
q du w q dh wt
w pdv
可逆
wt vdp
dsiso 0
q Tds
理想气体特有的性质和表达式不能用
pv RT u f (T ) h f (T )
cp cv R
s
cp
ln
T2 T1
R ln
p2 p1
cp
k
k 1
R
cv
1 k 1
R
水蒸气的定压过程
锅炉、换热器
v < v’ v = v’ v ’< v <v’’ v = v’’ v > v’’
h < h’ h = h’ h ’< h <h’’ h = h’’ h > h’’
s < s’ s = s’ s ’< s <s’’ s = s’’ s > s’’
水预热
汽化
过热
水蒸气定压发生过程说明
(1) Q U W U pdV
1、零点：h=0，s=0；
2、饱和汽线（上界线）、饱和液线（下界线）
C点为分界点，不在极值点上
3、等压线群：p
q Tds dh vdp
h
s
pC
TC
0
h s p
T
0
两相区 单相区
p s
T=Const 斜直线 T
向上翘的发散的形线
焓熵图
h
pC
C
s
焓熵图的画法(2)
4、定温线 T 两相区：T、p一一对应，T 线即 p 线 气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体
未饱和液，过冷液 Subcooled liquid 压缩液 Compressed liquid
饱和液 Saturated liquid
饱和湿蒸气
Saturated liquid-vapor mixture 饱和蒸气 Saturated vapor 过热蒸气 Superheated vapor 汽化潜热 Latent heat of Vaporization
干空气 ＋
饱和水蒸气
T
ps
pv ＝ ps(T)
温度一定，不能 再加入水蒸气
s
从未饱和到饱和的途径
1、 T 加水蒸气 pv
ab
2、 pv ，T
3、 pv 不变，T
T
ps
pv
b c
a
d
e
s
ac ad
结露 Td 露点温度
4、 v ae
结露与露点Dew-point
Td = Ts(pv)
湿润的夏天水管上常出现水珠?
d
1、相对湿度relative humidity
在相同的温度下： 0 pv ps (T )
相对湿度 pv
ps
＝ 1 饱和湿空气 0 < < 1 未饱和湿空气 ＝ 0 干空气
表明湿空气与同温下饱和湿空气的偏离程度
反映所含水蒸气的饱和程度
越干燥，吸水能力强
越湿润，吸水能力低
2、比湿度(含湿量) Specific humidity
s
s
h1 = 129.3 kJ/kg
h2 = 3330.7 kJ/kg
水蒸气的绝热过程
汽轮机、水泵
q=0
p
wt h h1 h2
1
可逆过程： s
p1
1
2
p2
不可逆过程： 2 2’
v
1 2’
水蒸气的绝热过程
汽轮机、水泵
q=0
T
可逆过程： s
1
wt h1 h2
p1
不可逆过程：
p2 22’ s
饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）
p
/
MPa
r kJ
/ kg
t
/
oC
v'
/
m3
/
v"
kg m3
/
kg
h' kJ
/
h" kg kJ
/
kg
s' / kJ / (kg K)
s" / kJ / (kg K)
0.001 2484.5 6.982 0.0010001 129.208 29.33 2513.8 0.1060 8.9756
状态公理：简单可压缩系统，两个独立变量
未饱和水及过热蒸汽，一般已知p、T即可
饱和水和干饱和蒸汽，只需确定p或T 湿饱和蒸汽， p和T不独立，汽液两相
1875年，吉布斯提出了吉布斯相律
水和水蒸气状态参数确定的原则
1、未饱和水及过热蒸汽 确定任意两个独立参数，如：p、T
2、饱和水和干饱和蒸汽 确定p或T
U pV U ( pV ) H
(2) S Sf Sg 0 (3) 理想气体 h f (T )
实际气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加
h '' h ' 汽化潜热 (4) 未饱和水 过冷度 t过冷 ts t 过冷水
过热蒸汽 过热度 t过热 t ts
State of Liquid and vapor
q h vdp
q = h
wt = 0
p
例：锅炉中，水从30℃ ，
4MPa, 定压加热到450 ℃
ts(4MPa)=250.33℃
q = h2-h1
13
2
4
v
水蒸气的定压过程
例：水从30℃ ，4MPa, 定压加热到450 ℃
q = h2-h1 =3201.4kJ/kg
T
h
2
3
h2
2
1
4
13
4
h1
3、湿饱和蒸汽 除p或T外，其它参数与两相比例有关
两相比例由干度x确定
定义
x
干饱和蒸汽质量＝ mv 湿饱和蒸汽质量 mv mf
干饱和蒸汽
饱和水
对干度x的说明： x = 0 饱和水 x = 1 干饱和蒸汽 0≤x ≤1 在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义
湿饱和蒸汽区状态参数的确定
如果有1kg湿蒸气，干度为x, 即有 xkg饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。
分压低
p pa pv
湿空气与一般理想混合气体的最大 区别是水蒸气的成分可能变化。
未饱和湿空气和饱和湿空气
水蒸气
过热蒸汽 饱和蒸汽
1、未饱和湿空气
Insaturated air
T
ps
干空气 ＋
过热水蒸气
pv pv < ps(T)
加入水蒸气，pv
s
未饱和湿空气和饱和湿空气
2、饱和湿空气
Saturated air
第六章 水蒸气与湿空气
水和水蒸气是实际气体的代表
水蒸气 在空气中含量极小，当作理想气体
一般情况下，为实际气体，使用图表
18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质 直到内燃机发明，才有燃气工质 目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质 优点: 便宜，易得，无毒，
膨胀性能好，传热性能好 是其它实际气体的代表
汽化与饱和
v
0.0010002 0.0010078 0.0010171
8.119 9.052
h
0.0 167.5 251.1 2647.8 2724.4
s
0.0001 0.5721 0.8310 8.0205 8.2261
表的出处和零点的规定
表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发 表的国际骨架表编制，尽管IFC（国际公式化委 员会）1967和1997年先后发表了分段拟合的水和 水蒸气热力性质公式，但工程上还主要依靠图表。
未饱和水和过热蒸汽表（节录）
p
0.01MPa
饱
ts 45.83
和 v' 0.0010102 v" 14.676
参 h' 191.84 数 s' 0.6493
h" 2584.4 s" 8.1505
0.02MPa
ts 60.09
v' 0.0010172 v" 7.6515
h' 251.46
p-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程 一点，二线，三区，五态
p
T
pc
a3 b3
p C c3 d3 e3
pc T Tc
Tc
a2 b2 c2 d2 e2
Tc
a1b1
c1
A
d1
e1
B
A a1 a2a3
p pc pc
C
T e3e2
Tc
b3 b2 b1
c3 d3d c2
2
c1
d1
e1 B
v
s
水和水蒸气状态参数及其图表
ma
ma
sa (T , pa ) d sv (T , pv )
kJ/kg干空气.K
h" 2609.6
s' 0.8321
s" 7.9092
tv
0 0.0010002 40 0.0010078 60 15.34 80 16.27 120 18.12
h
0.0 167.4 2611.3 2649.3 2725.4
s
0.0001 0.5729 8.1752 8.3437 8.5479
湿空气中干空气的量总不变，以此为计算基准
比湿度 d mv
ma
kg水蒸气/kg干空气
pvV
d mv RvT pvRa pv 287 ma paV pa Rv pa 461.9 RaT
0.622 pv 0.622 ps
p pv
p ps
湿空气的焓、熵和容积
以单位质量干空气为基准，理想混合气体
h
ห้องสมุดไป่ตู้
H ma
maha mvhv ma
ha
d hv
kJ/kg干空气
工程上，取0oC时
干空气的焓 ha=0 饱和水的焓hv=0
干空气的焓 ha cpt 1.005t 温度t下 水蒸气的焓 hv 25011.863t
h 1.005t d(25011.863t)
湿空气的熵
s(T , p) S(T , p) masa (T , pa ) mvsv (T , pv )