工程热力学7-10

水蒸气定压发生过程说明
(1) (2)
Q U W U pdV H
S Sf Sg 0
只有熵加热时永远增加
(3) 实际气体
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h f (T )
汽化潜热 过冷度 过热度
实际气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加
h '' h '
(4) 未饱和水 过热蒸汽
2、 水蒸气的定压发生过程
三个阶段： ①水的预热过程 —未饱和水(0.01℃)→饱和水(ts) ②水的汽化过程 —饱和水(ts)→干饱和水蒸气(ts) ③水蒸气的过热过程 —饱和水蒸气（ts）→过热水蒸气(t) 汽化潜热---1kg饱和水汽化成干饱和水蒸气所 需的热量。压力越高，汽化潜热越小。在临界 压力下，汽化潜热为零。
t过冷 ts t 过冷水
t过热 t ts
水蒸气在定压汽化过程中，其内能的变化△u 为( ) A.△u =0 B．△u= h2-h1 C. △u = h2-h1-p(v2 – vl) D. △ u =cv △ T 答案： C． △u = h2-h1-p(v2 – vl)
水蒸气的p-v图和T-s图
3、水蒸气热力性质表和图
水蒸气的状态参数可根据水蒸气表和图查得。
基准点---水的三相点为基准 p＝0.611 2 kPa，v＝0.001 m3/kg , T＝273.16 u=0,s=0 临界点---液相与气相平衡共存点。 水的临界参数值为：tc=374.15℃，pc=22.129 MPa。 *临界温度和压力是液相与气相能够平衡共存时的最高值。 *当温度超过tc时，液相不可能存在，而只可能是气相。
理想气体：
pc 2 ( ) p0 1
( 1)
喷管的计算
* 喷管的设计计算—选型 已知 出发点：
p0、T0、k、pb、f
p2 pb
出口压力等于环境压力
1)当 2）当
pb p c p0 p0
即 pb pc
采用渐缩喷管。
pb pc p0 p0 即
pb pc 采用缩扩喷管。
当渐缩喷管出口的外界压力为绝对真空时（绝对真 空的比热容为∞），则质量流（ ）。 A．等于0 B．等于临界流量 C. 大于临界流量 D．介于零和临界流量之间 答案： B．等于临界流量
工质在喷管中进行等熵流动，如出口压力大于临界 压力，则应采用( )。 A. 渐缩喷管 B．渐缩放喷管 C．缩放喷管 D．哪种都行 答案： A.渐缩喷管 喷管中工质参数的变化为( )。 A. dp<0,dv>0,dc>0 B.dp<0,dv<0,dc<0 C. dp<0,dv<0,dc>0 D.dp>0,dv<0,dc<0 答案： A. dp<0,dv>0,dc>0 超声速气流进截面积渐缩的管子，其出口流速比进 口流速( ) A．大 B．小 C. 相等 D．无关 答案： B.小
Ac f v
①连续性方程式： q m ②过程方程式： ③能量方程式：

常量
pv 常量
1 2 h1 h2 (c f 2 c 2 f 1) 2

动能的增加等于气流焓值的减少
2、定熵流动的基本特性
喷管—利用气体压降使气流加速的管道。即dcf>0。 扩压管—利用气体流速逐渐降低而使气体压力增高的设备。 即dcf<0。 喷管中气体状态的变化为：
*Φ 的测量：干湿球温度计
（3）含湿量d —单位质量干空气的湿空气含有水蒸气的质量。
d mv pv ps 1000 622 622 ma p pv p ps
（4）焓--- 1kg干空气的焓与d g水蒸气的焓之和
h ha 0.001dhv
ha c p0,a t 1.004kJ/(kg K) t
气体和蒸汽在管道中的 稳定流动—属绝热流动 关键: 状态参数变化 气体流动过程中 气流速度变化 能量转换 的规律
管道截面积的变化
影响气体在管内流的 系统的外部条件
绝热流动的基本方程
稳态稳流(稳定流动) 状态不随时间变化 恒定的流量
几个基本方程
连续性方程
绝热稳定流动 能量方程
定熵过程方 程
基本方程
答案： A． 越强
湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于 ( )。 A．含湿量 B. 相对湿度 C．干球温度 D．露点温度 答案： A． 含湿量 未饱和湿空气，露点为( )。 A．干球温度 B．湿球温度 C．水蒸气分压力对应的水的饱和温度
D．0℃
答案： C．水蒸气分压力对应的水的饱和温度
确定湿蒸汽状态的条件是( )。 A．压力与温度 B．压力或温度 C．压力与比容 D．温度或比容 答案： C．压力与比容 湿空气在总压力不变，干球温度不变的条件下， 湿球温度越低，其含湿量( ) A. 不变 B．不确定 C．越大 D. 越小
(2) 饱和状态
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡 饱和温度Ts 饱和压力ps 一一对应 Ts ps
饱和状态有三种状态,分别: ----饱和水，湿蒸汽，干饱和蒸汽
ps=1.01325bar 青藏 ps=0.6bar 高压锅ps=1.6bar
Ts=100 ℃ Ts=85.95 ℃ Ts=113.32 ℃
注意：a）公式适用范围：绝热、不作功、任意工质 b）式中h单位是J/kg，cf是m/s，但一般资料 提供h单位是kJ/kg。
临界状态—工质在喷管中流动时，在管道的最 小截面处，若工质的流动速度等于声速，则此 时工质所处的状态称为临界状态。
临界流速--气流处于临界状态时，气流速度等 于声速。 临界压力比--临界流速对应的压力（喉部压力） 与进口压力之比 (pc/p0)。
答案： D．越小
6、焓湿图（h-d图）
焓-湿图上有下述图线 ①定含湿量线 ②定焓线。 ③定温线。 ④定相对湿度线。⑤水蒸气分压力线。
7、湿空气的基本热力过程
• 干加热(或冷却)过程 • 含湿量保持不变 • 过程中吸放热量： q=h2-h1 •绝热加湿过程
•冷却去湿过程
第八部分 气体和蒸汽的流动
1、稳定流动的基本方程式
水蒸气的相变图线可以总结为： 一点(临界点)、 二线(饱和液体线、饱和蒸汽线) 三区(液态区、湿蒸汽区、气态区) 五态(未饱和水状态、饱和水状态、湿饱和蒸汽状态、 干饱和蒸汽状态、过热蒸汽状态)
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 确定一个独立参数p或T 3、湿蒸汽 除p或T外，其它参数与两相比例x有关
hv L0C c p0,vt 2501 kJ/kg1.86kJ/(kg K) t
（5） 干球温度与湿球温度 湿球温度的形成过程近似看做是定焓过程 干球温度、湿球温度与露点三者的关系： 未饱和湿空气：干球温度>湿球温度>露点温度 饱和湿空气： 干球温度=湿球温度=露点温度
未饱和湿空气的湿球温度为tv,干球温度为t， 露点温度为td，它们之间的关系为（ ） A. tv>t>td B. tv=t=td C. t>tv>td D. tv>td>t 答案： C． t>tv>td 湿空气的含湿量相同时，温度越高，则其吸湿能 力( )。 A．越强 B．越弱 C．相等 D．无法确定
h xh (1 x )h
"
'
v xv (1 x )v
"
'
y xy (1 x) y
"
'
s xs (1 x ) s
"
'
y x( y y )
' " '
y y x " ' y y
'
确定水蒸气两相区域焓熵等热力参数需要给 定参数( )。 A ．x B. p和T C ．p 和v D ．p 和x 答案： D．p和x 水蒸气的汽化潜热随压力升高而( )。 A．增加 B．不变 C．减小 D．先增后减 答案： C．减小 在汽液两相共存区内，定压比热( ) A. cp=0 B．0<cp<∞ C. cp→∞ D．cp不存在 答案： C． cp→∞
** 喷管的校核计算---确定 p2 已知
p0、T0、k、pb、f
pb pc 1) 当 即 p0 p0
pb pc 2）当 p p 即 0 0
pb pc
pb pc
p2 pb
p2 pc
喷管的最大流量
mmax
f c cc vc
kg/s
喷管流量的计算
在稳定流动中，气体任何截面的质量流量相同。 常取最小截面来计算。 最大流量----出口截面压力比等于临界压力 比时有极大值。
dcf>0
→ dh＜0、dp＜0、dv＞0
。
扩压管中气体状态的变化为：
dp>0 → dcf<0 、dh>0、dv<0 。 扩压管与喷管的区别与联系
扩压管是在已知进口参数、 定熵流动的基本关系式 进口速度和出口速度的情 和管道截面变化规律的 况下计算出口压力 关系式相同
马赫数:气体流速与当地声速的比值。Ma=cf/a Ma<l，即cf<a，亚音速； Ma>l，即cf>a，超音速； Ma=l，即cf=a， 音速 管道截面变化与气流速度变化的关系： 喷管： Ma＜1时， 采用渐缩喷管； Ma > 1时，采用渐扩喷管； Ma＜1→ Ma > 1，采用缩放型喷管（拉伐尔喷管） 缩放型喷管的最小截面处称为喉部，Ma=1，dA=0。临界截面。 扩压管：Ma>l，采用渐缩扩压管。 Ma<1，采用渐扩扩压管。 Ma > 1→ Ma ＜ 1 ，采用渐缩渐扩扩压管。
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工程热力学
2013.5
第七部分 水蒸气和湿空气
1、水蒸气的基本概念
水蒸气不是理想气体，而是离液相较近的实际气体。
(1)汽化（蒸发＋沸腾）和冷凝
汽化---液相转变为气相的过程，反过程叫冷凝。 汽化分蒸发和沸腾 蒸发—液体表面的汽化过程，任何温度都可以发生 沸腾---液体内部的汽化过程，达到沸点温度时才会 发生
绝对湿度、相对湿度、含湿量和焓
（1）绝对湿度—每立方米湿空气中含有的水蒸气的质 mv 量—即水蒸气密度。 v V （2）相对湿度--湿空气中水蒸气的分压力pv与同温度下 饱和湿空气中水蒸气分压力ps的比值: pv v ps s *Φ 说明了吸收水蒸气的能力。 Φ 值愈大，湿空气愈潮湿， 吸收水蒸气的能力愈弱; Φ ↓→湿空气干燥，吸收水蒸气 的能力↑ *Φ 为0时，即为干空气； Φ 为100% ，即为饱和湿空气； Φ 介于0—1之间的湿空气是未饱和湿空气。
练习题 一个盛满水的容器,其温度计读数为145℃,压力表读
数为0.4MPa,大气压力为0.1MPa。问容器内的水是否沸腾?
已知水在压力0.4MPa 及0.5MPa 时分别对应的饱和温度是 143.642℃和151.867℃。
解 水的绝对压力为 p pg pb 0.4 0.1 0.5MPa 由按压力排列的饱和水与饱和水蒸气的热力性质表可查得该
两相比例由干度x确定
定义
干饱和蒸汽质量 mv x ＝ 湿饱和蒸汽质量 mv mf
干饱和蒸汽 饱和水
—湿饱和蒸汽中干饱和 蒸汽的质量分数
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。
压力所对应的饱和温度是151.867℃。ts=151.867℃>145℃,表明容
器内的水 是未饱和水状态,即未达到沸腾状态。
水蒸气的 h-s图
h-s图的结构： C—临界点
六类等值线簇: 定焓线、定熵线、定压线、 定温线、定容线、定干度线。
4、水蒸气的基本热力过程
四个基本热力过程：定温，定压，定容，定熵 可利用的公式： •热力学第一定律 不可利用的公式： •理想气体的公式
•可逆过程的公式
5、湿空气的性质 湿空气的一般概念
*湿空气：干空气和水蒸气组成的混合气体— 混合理想气体。 *湿空气的总压力p=pa+pv *在采暖与空调等工程中的湿空气是环境大气， B=pa+pv。
饱和湿空气
未饱和湿空气—过热水蒸气＋干空气，如点A。 饱和湿空气—饱和水蒸气＋干空气，如点B。 露点温度（露点）—pv对应的饱和温度。
3、喷管中流速及流量计算
绝热滞止：将具有一定速度的气流在定熵下使 其流速降低为零时，这时气体的参数称为定熵 滞止参数。
cf 0, h hmax 1 2 h1 cf 1 h0 2
气体出口流速：气体在喷管内绝热稳定流动时， 如以进口处的滞止参数作为计算依据，则
cf 2 h0 h 2 h1 h cf21