第五章水蒸气与湿空气

u q w
查表应用四：热力过程分析
在一刚性容器内充满p=0.1MPa，t=20℃的 水。由于太阳照射，使其温度升为40℃,求容器 承受的压力。 等容过程
p=0.1MPa t=20℃
v 0.0010018 m
t=40℃
3
kg
储液罐很危险， 不能装满。
p 14.0MPa
• 例5-1 • 练习4、5、6、7
一、工程中所用的水蒸汽是由锅炉在压力不变 的情况下产生的，其定压发生过程如下：
定压预热 P t0 P ts 定压汽化 P ts 定压过热 P P ts
未饱和水 (a)
饱和水 (b)
湿蒸汽 (c)
干饱和蒸汽 过热蒸汽 (d) (e)
（1）水的定压预热
未饱和水（过冷水）：水温低于此压力下 的饱和温度，温度为 t0 ，ts – t0 称过冷 度。 a-b（预热阶段）：加热使其温度升高， 比容稍有增大，当温度达到此压力 P 下 的饱和温度 ts 时，水开始沸腾，称饱和 水，温度 ts
焓熵图
h
C x
T
s
例题：水蒸气在0.2MPa压力下从150加热至 250，求1kg工质的吸热量，膨胀功以及热力 学能的增加。
• 解：在h-s图上表示出过程。
t2
确定：h1=
t1
v1=
h2= v 2=
• 计算换热量：
q h2 h1
• 计算膨胀功：
w p（v2 v1）
• 计算热力学能的变化：
• 综上所述：水蒸气定压发生过程经历预热、 汽化、过热三个阶段。经历未饱和水、饱和 水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽五个状 态。
二、蒸汽定压过程表示在坐标图上 • 形成过程
p
过 冷 液
C tc d"
湿蒸汽
d0 d' b0 b' a0 a'
d
过热蒸汽
b"
b a" a v
• p–v 图和 T-s 图上的表示 定压过程表示在p–v 图上为一水平线,根据 比容确定不同的状态点。 连接不同压力下的饱和液体点，得到饱和 液体线（或下界线）。 连接各干饱和蒸汽点，得到饱和蒸汽线 （或上界线）。 两线汇合交于一点，称为临界点 C 。
1、沸点与压力一一对应，不同压力下，物 质的沸点不同, p 升高， ts 升高
ps=1.01325bar
青藏ps=0.6bar 高压锅ps=1.6bar
Ts=100 ℃ ℃ Ts=85.95
Ts=113.32 ℃
2、同一压力，不同物质沸点不同，如 1 atm , 水：ts = 100℃ NH3 ：ts = - 33.4 ℃ R12：ts = - 29 ℃ R22： ts = - 41 ℃
t=100℃ < ts, 未饱和水 h=419.7kJ/kg
t=200℃ > ts, 过热蒸汽
h=2827.5kJ/kg
查表应用二：确定状态参数
已知 t=250℃, 5kg 蒸汽占有0.2m3容积, 试问蒸 汽所处状态? 若为湿蒸汽，X=? t=250℃ , v' 0.001253 m
3
kg
v" 0.05002 m
每一湿蒸汽状态对应唯一的x 值。液体质量 (1–x) b-d：汽化过程，过程吸收的热量称为汽化潜 热。 汽化潜热 r ：1 kg 饱和液体转变为同温下的 干饱和蒸汽所吸收的热量。
（3）干蒸汽定压过热
d→e ：饱和液体继续加热，得到过热蒸汽，、 比容温度增大。 e ：过热蒸汽状态，温度为 t ， t > ts 其中，t – ts 称过热度。
中央空调系统
• 空调:―空调”是“空气调节”的简称，它是通 过对空气的处理，使室内空气的温度、湿度、 气流速度和洁净度达到一定要求的一门工程 技术。
第五章 水蒸气
§5-1 汽化与凝结 §5-2 水的定压加热汽化过程
水蒸气定压发生过程及状态参数的确定
§5-3 水蒸气表和图
水蒸气图表的应用
• 蒸汽是指距离液体状态较近，很容易变回 液体状态。其作用力和体积均不可忽略, 属于实际气体(不宜作为理想气体处理)。 • 分析水蒸气的发生及变化规律 • 常用的蒸汽：水蒸汽、制冷剂蒸汽等。
（2）饱和水定压汽化 对饱和水进行加热开始沸腾，在定温下产 生饱和蒸汽； 此时，容器内汽、液两项 共存，称为湿饱和蒸汽，简称湿蒸汽。 直至加热至完全变成蒸汽，d 称干饱和蒸 汽。 湿蒸汽状态确定： 所有湿蒸汽状态保持定压且定温，因此 要确定其中某一状态，还须另外引入一 个参数—干度。
mV 干饱和蒸汽质量 干度x 饱和液体 饱和蒸汽 mV mW 0(饱和液体) x 1(干饱和蒸汽状态 )
三、水蒸气的焓—熵图
• 组成： 定焓（h）线 定熵（s）线 定压（p）线 定容（v）线（红色） 定温（t）线 定干度（x）线 • 应用：
焓熵图的画法(1)
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 h 3、等压线群：p TC 0 s pC q Tds dh vdp
3
kg
3 0.2 v 0.04 m kg 5 v ' v v '' 湿蒸汽状态 v v' 0.04 0.0012513 x 0.795 v " v ' 0.05002 0.0012513
利用表确定参数说明： 其中：未饱和水与过热蒸汽状态、饱和水与干饱和 蒸汽状态均可以由表直接查出。 湿蒸汽状态的确定： 1kg干度为x的湿空气含xkg蒸汽和（1-x）kg饱和水
h 两相区 p T=Const 斜直线 T 0 单相区 s T s p 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 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
饱和蒸汽
饱和液体
此时压力称饱和压力 ps , 温度称饱和温 度 ts 。 ps 与 ts 为一、一对应关系。
例如： 当 ps =0.101325 MPa 当 ps =1 MPa 当 ps =0.01 MPa ts =100 oC ts =179.916 oC ts =45.83oC
5-2 水的定压加热汽化过程
二、凝结
凝结：水由气相转变为液相的过程，是汽化的 反过程。在一定的压力下，水蒸气降低到相 应的沸点，开始凝结。 凝结过程的实质：气相空间的蒸汽分子被碰撞 回液面凝成液体的过程 特点：放热过程 凝结速度与蒸汽的压力有关
三、饱和状态
大气
水
过冷 液体
加热
自由空间（敞口容器）• 封闭空间（闭口容器） 的蒸发过程可以进 中液体的汽化与气体的 行到液体全部汽化。 凝结同时进行，当两者 转换的速度一定时，达 到动态平衡，称为饱和 状态。
内能用公式 u = h – pv 求。
表中没有列出的中间状态的参数，用直线内插 法求出。
2、查表应用
• • • • 查表应用一：确定状态 查表应用二：确定状态参数 查表应用三：表中未有数值的确定 查表应用四：热力过程分析
查表应用一：确定状态
查表时先要确定在五态中的哪一态。
例.1 已知 ：p=1MPa,试确定t=100℃, 200℃ 各处于哪个状态, 各自h是多少？ ts(p)=179.88℃（179.916 ℃)
查表应用三：表中未有数值确定
已知 t=85℃, p=0.015MPa , 试确定状态? h=? p=0.015MPa ts=54.0℃ , 过热状态 内插法 p=0.01MPa h0.01 2658.8 kJ kg t=85℃ p=0.04MPa h0.04 2654.7 kJ kg t=85℃ p=0.015MPa t=85℃ 2658.8 2654.7 h 2658.8 2658.1 kJ kg 6
v x xv" (1 x)v' v' x(v"v' ) xv" hx xh" (1 x)h' h' x(h" h' ) h' xr r s x xs" (1 x) s ' s ' x( s" s ' ) s ' x Ts u x hx p x v x
1）按温度排列的饱和水与饱和蒸汽表（A-1） 2）按压力排列的饱和水与饱和蒸汽表（A-2）
未饱和表：
按压力和温度排列的未饱和水与过热蒸汽表 （A-3）
说明：表中的参数对应工质的质量为 1 kg ；
符号表示：
– 饱和液体：p' 、t' 、v' 、s' 、h' – 饱和蒸汽： p" 、t" 、v" 、s"、h" – 未饱和液体： p0 、t0 、v0、s0 、h0 – 湿蒸汽： pX 、tX 、vX 、sX 、hX
• 汽液相变在工程上有重要意义： – 在液体汽化相变制冷的循环中，压力升高， 汽化潜热减少； – 当工质温度高于临界温度时，无论加多么 大的压力都不能将气体液化。 • 故工质的临界温度是相变制冷循环的上限温 度，且实际应用中应尽可能远离临界温度。
5-3 水蒸气的表和图
• 水蒸气的参数之间不满足理想气体状态 方程，工程上常用蒸汽图表来确定。 • 一、零点的规定 • 二、水蒸气表 • 三、水蒸气的焓-熵图
一、零点规定
• 蒸汽表中基准的确定：由 1963 年第六届 水蒸汽会议上规定，纯水的三相点 （ 273.16 K ）的饱和水为基准状态，令 u = 0，s= 0 h = u + pv = 0.611 J/kg ≈0 • 表中所列焓、熵值均是该状态的值与纯 水三相点的差值。