水蒸气相变 及定压产生过程演示教学

电厂的举例：给水泵、凝结水泵以及锅炉汽包。
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第二节 水蒸气的定压产生过程
6
水的定压加热过程：
p
p
p
t<ts
ts
vx
v0
v'
p
ts v''
p t>ts
ts v
a
b
c
d
e
未饱和水 饱和水 湿饱和蒸气 干饱和蒸气百度文库过热蒸气
预热阶段
汽化阶段
过热阶段
(v,h, s)
(v,h,s)
7
水的定压加热过程：
p
p
据理想气体状态方程：
v
pv Rg,vT
a
pa Rg,aT
Rg,v461.5J/(kgK ) Rg,a287J/(kgK)
d0.622 ps pps
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4. 湿空气的相对分子质量、气体常数及密度
干空气的相对分子质量: 水蒸气的相对分子质量:
Mr,a 28.97 Mr,v 18.016
湿空气的平均相对分子质量:
Rgp,aTR1g,a
1 Rg,v
pv T
p 0.00131ps7
28T7
T
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5. 湿空气的焓
湿空气的焓： Hmahamvhv
湿空气的比焓：h
H ma
ha
dhv
kJ/kg（干空气）
工程上，取0 C时干空气、饱和水的焓为零，即
ha= 0 、 hv= 0
温度t下干空气和水蒸气的焓分别为
ha cpt1.005t hv25011.863t
温度t下干湿空气的焓为
h 1 .0 0 5 t d ( 2 5 0 1 1 .8 6 3 t) kJ/kg（干空气）
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6. 湿空气的焓－湿图
湿空气的焓-湿图是湿空气工程计算的重要工具。
（1） 定焓线簇 h0 、h1、 h2 、h3 …
（2） 定含湿量线簇 d1、 d2 、d3 …
（3） 定温线簇 t0 、t1、 t2 、t3 …
p
t<ts
ts
vx
v0
v'
p
ts v''
p t>ts
ts v
a
b
c
d
e
未饱和水 饱和水 湿饱和蒸气 干饱和蒸气 过热蒸气
(v,h, s)
(v,h,s) 过热度
汽化潜热 rhh J/kg
t ts
湿饱和蒸气（湿蒸气）的干度x
x mv mw mv
mv-湿蒸气中干饱和蒸气的质量 mw-湿蒸气中饱和水的质量 8
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国际规定，蒸汽表取三相点（即固、液、汽三 相共存状态）液相水的热力学能和熵为零。
即： p = 611.7 Pa，v = 0.00100021 m3/kg,
T = 273.16 K, u = 0 kJ/kg， s = 0 kJ/(kg·K)
h u p v 0 . 0 0 0 6 1 k J / k g 0 k J / k g
如果将干湿球温度计置于通风良好 的湿空气中，由于湿球温度计上湿布 的水分蒸发,吸收汽化潜热，使湿纱 布中的水温降低，湿球温度计读数下 降。当水分蒸发所需要的热量等于周 围空气所传给的热量时，湿球温度计 读书维持在某一数值不变，这一温度 值称为湿球温度 tw 。
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当湿空气未饱和时，其相对湿度愈小，湿球温 度计上纱布中水分蒸发愈快，需要的汽化潜热愈 多，湿球温度愈低，干、湿球温度差就愈大；反 之，湿空气的相对湿度越大，干、湿球温度之差 就愈小；当湿空气的相对湿度等于1时，湿空气 为饱和湿空气，干球温度与湿球温度相等。
湿蒸汽的状态参数 1kg 湿蒸汽是由x kg干蒸汽和（1－x）kg饱
和水混合而成，
v h x x x x v h 1 1 x x v h v h x x v h v h 注单位意
s x x s 1 x s s x s s 13
5-3 水蒸气的基本热力过程
Mr a Mr,a M v r,v
pa p
Mr,a
pv p
Mr,v
Mr,a
pv p
Mr,a Mr,v
28.9710.954 pv p
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湿空气的气体常数
Rg
R Mv
287 10.378pv
J/(kgK)
湿空气的密度:每立方米湿空p气所具有的质量。
ma mv
V
a
v
pa Rg,aT
pv Rg,vT
干、湿球温度之差可以表征空气相对湿度的大 小，它们之间的关系可以表达为
f ttw
根据干湿球温度计测量的干、湿球温度就可以 由上式确定空气相对湿度的大小。
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wu1u2
wt h1 h2 q0
在热工计算中，遇到最多的是水蒸气的定 压过程(如锅炉中水蒸气的产生与冷凝器中水
蒸气的凝结)和绝热过程(蒸汽机或汽轮机中水
蒸气的膨胀作功过程) 。
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e.g.：P111 5-1，5-4 作业：P126 5-1，5-4
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5-4 湿空气的性质
湿空气：含有水蒸气的空气。
ppv pa
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1. 未饱和湿空气与饱和湿空气
未饱和湿空气： 湿空气中的水蒸气未饱和，处于 过热状态，湿空气还能吸收水份。
pv psT 定温吸湿过程1－3
饱和湿空气： 湿空气中的水蒸气已饱和， 不能再吸收水份。
pv ps T
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2. 露点 露点： 湿空气中的水蒸气分压力pv对应的饱和温度
Td称为露点温度，简称露点。
水蒸气相变 及定压产生过程
冷却塔的原理：需冷却的水在水塔顶部通过管道向下 喷洒，另外水塔壁有吹风机，吹风机把空气吹入，而 顶部有一个很大的抽风机，把空气抽出塔顶，从而利 于气流流动，加速水的降温。
2
二、液化
1)定义：物质从气态转变为液态的过程叫做液化，也 可称为凝结。
结论:液化是放热过程。反之，汽化是吸热过程。
5-2 水蒸气的状态参数
一般情况下，水蒸气的性质与理想气体差别 很大 ,为了便于工程计算，将不同温度和不压力 下的未饱和水、饱和水、干饱和蒸汽和过热蒸汽 的状态参数列成表或绘成线算图。
饱和水与饱和蒸气表
分为以温度为序（附录表5）和以压力为序 （表6）两种。
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未饱和水与过热蒸气表（附录表7）
R g ,vM R v1 8 8 ..0 5 1 1 6 4 5 J 1 /0 (m 3 o k lg /K m )o l4 6 1 .5
饱和湿空气的绝对湿度达到最大值
s
ps R T g,v
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（2） 相对湿度 湿空气的绝对湿度 与 v同温度下饱和湿空气的绝 对湿度 之 比s 称为湿空气的相对湿度。
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在焓-湿图中湿空气的加热过程如1－2所示。
加热后的湿空气送入 干燥室吸收被干燥物料的 水份。如果忽略干燥室与 外界的热量交换，物料中 水份蒸发所吸收的潜热完 全来自湿空气，因此物料 干燥过程对湿空气来说是 绝热加湿过程，湿空气的
含湿量d 和相对湿度 增
加，其焓值基本不变，如 2－3所示。
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2. 冷却去湿过程
湿空气被冷却时，温 度降低。在温度降至露 点前其含湿量保持不变， 相对湿度逐渐增加。当
相对湿度达到＝1时，
湿空气饱和，如果再继 续冷却，则析出水份， 过程将沿着的饱和曲线 向含湿量减少、温度降 低的方向进行，如1－2 所示。
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5-6 干湿球温度计
干湿球温度计由两个温度计构成，如图所示。 干球温度计：测量空气温度 t 湿球温度计: 测量湿球温度 tw
干空气：完全不含水蒸气的空气。
在干燥、空气调节以及精密仪表和电绝缘的防潮 等对空气中的水蒸气特殊敏感的领域，则必须考虑 空气中水蒸气的影响。
湿空气中水蒸气的分压力很低，可视水蒸气为理 想气体。一般情况下，湿空气可以看作理想混合气 体。根据道尔顿定律，湿空气的总压力等于水蒸气 的分压力与干空气的分压力之和：
液化放热实例： （1）被100℃的水蒸气烫伤比100℃的开水烫伤往 往要严重得多——水蒸气液化时要放出大量的热； （2）冬天手上哈气——口腔中的水蒸气液化放 热让手变暖。 （3）用水壶烧水时壶口上的白气——水蒸气液 化成的小水滴
3
三、饱和状态
饱和状态：汽液两相的分子数保持一定的数量而处于
动态平衡状态。
pv psT
结露： 定压降温到露点，湿空气中的水蒸气饱和， 凝结成水（过程1－2）。
结霜： Td 0 C
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3. 绝对湿度、相对湿度和含湿量
湿度：湿空气中水蒸气的含量。
（1） 绝对湿度
1m3的湿空气中所含水蒸气的质量称为湿空气
的绝对湿度，即湿空气中水蒸气的密度：
v
m V
pv Rg,vT
水蒸气的气 体常数：
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定容过程：
w0
wt v(p1p2)
qu2 u1 (h2h1)(p2p1)v
15
定温过程：
w qu T(s2 s1) (h2 h1) (p2v2 p1v1)
wt qh T(s2 s1)(h2 h1)
2
q 1TdsT(s2s1)
16
定压过程：
wp(v2 v1)
wt 0
qh2 h1
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定熵过程：
分析目的： 了解过程中水蒸气的状态变化规律，确定过 程中水蒸气与外界的能量交换。 分析步骤：
(1) 根据给定条件，在水蒸气表中查出初态的其 它参数值;
(2) 根据初态和过程特点以及终态的一个参数值， 确定终态的其它参数值;
(3) 根据热力学基本定律，结合过程的特点，计 算过程中工质与外界交换的功量与热量。
（4） 定相对湿度线簇
1、 2 、 3 …
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5-5 湿空气的基本热力过程
1. 加热吸湿过程
工程上的干燥处理过程，如谷物、木材、药材、 纺织品、食品、造纸等许多烘干工艺。
人工干燥方法：利用未饱和湿空气来吸收被干燥 物体的水分，达到干燥的目的。
为了提高湿空气的吸湿能力，通常先对湿空气 进行加热。由于加热过程中湿空气的含湿量不变， 但随着温度升高，相对湿度降低，湿空气的吸湿 能力增强。
v pv s ps
1 饱和湿空气
0 1 未饱和湿空气 0 干空气
相对湿度越小，空气越干燥，吸水能力越强； 相对湿度越大，空气越湿润，吸水能力越低。
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（3） 含湿量
在湿空气中，与单位质量干空气共存的水蒸气的
质量，称为湿空气的含湿量或比湿度。
d mv v kg/kg(干空气) ma a
水的定压加热过程在p-v图和T-s图上的表示：
临界状态
水的临界状态
pcr 22.064M Pa
tcr 373.99℃
vcr
0.003106 m3/kg
临界点 饱和蒸汽线 饱和水线
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水在临界压力或高于临界压力下定压加热 到临界温度时，不存在汽液分界线和汽液共存 的汽化过程，再加热就直接成为过热蒸汽。
饱和状态：
饱和蒸汽：饱和状态下的蒸汽；
饱和水： 饱和状态下的水。
饱和蒸气
饱和压力ps、 饱和温度ts：
饱和液体
ps f (ts)
水蒸气：ps＝0.101325 MPa，ts=100 ºC
p ts
4
三、水与水蒸气的相变方法
1)水变为蒸汽有两种方法： dp=0，t ；dt=0,p 。
2）蒸汽变为水的两种方法： dp=0，t ；dt=0,p 。