工程热力学与传热学(中文) 第5章 水蒸气和湿空气

某一压力下
p
T
e
ab cde
b cd
预汽 过
热化 热
a
v v’ vx v” v v
s’ sx s” s s
3. 水蒸气定压形成过程的能量关系
（1）未饱和水的定压预热阶段 ✓液体热用焓差表示
T
e
b cd TS
ql h h0
a
（2）饱和水的定压（定温）汽化阶段 s’ sx s” s s
✓用汽化潜热表示：
湿饱和蒸汽
参数： ps，ts， vx，hx，sx
继续加热，温度不变，比体积增大， 至汽缸中的最后一滴水变成蒸汽
干饱和蒸汽
参数：ps，ts，v”，h”，s”
干蒸汽定压过热 干饱和蒸汽
参数：ps，ts，v”，h”，s”
继续加热，比体积继续增大，蒸汽温度开始 上升，温度大于相应压力下的饱和温度
过热蒸汽
2. 水蒸气定压形成过程在p-v图和T-s图表示
p
pcr
C
a4
b4
a3 b3
a2 b2
a1 b1
A 0
Tcr
d4 e4
d3 e3
d2
e2
d1
e1
B v
T C
b4 b3 b2
a3 a2
b1
a4 a1 A 0
pcr
Tcr
d4 d3
e4e3 e2
d2
e1
d1
B s
pcr 22.064MPa, tcr 373.99C, vcr 0.003106m3 / kg,
1. 汽化 (vaporation) ： 物质由液态转变为气态的过程。 汽化的方式有两种：蒸发和沸腾。
2. 液化 (liquefaction) ： 物质由气态转变为液态的过程（凝结）。
3. 蒸发 (boil-off) ： 在液体表面较缓慢地进行的汽化过程。
特点
蒸发可以在任何温度下进行。
蒸发速度取决于液体的性质，液体的温度， 蒸发表面积和液面上气流速度。
7. 干饱和蒸汽： 不含有液体的饱和蒸汽。
8. 过热蒸汽 (superheated vapor) ； 在一定压力下，温度大于饱和温度时的蒸汽。
过热度：过热蒸汽温度t – 饱和蒸汽温度ts。 9. 过冷液体 (subcooled liquid) ：
在一定压力下，温度低于相应饱和温度的液体。
过冷度：饱和蒸汽温度ts –过冷液体温度t。
即：
p ptp 611.7Pa, T Ttp 273.16K , v 0.00100021m3 / kg, u 0kJ / kg, s 0kJ /(kg K )
✓饱和液体 (saturated liquid)：饱和状态下的液体； ✓饱和蒸气 (saturated vapor)：饱和状态下的蒸气； ✓饱和温度和饱和压力：
特点： （1）汽液共存； （2）汽液同温； （3）饱和压力随饱和温度的升高而增大，
两者一一对应。
6. 湿饱和蒸汽 (wet vapor)： 是饱和蒸汽与饱和液体的混合物． 二者处于两相平衡。
5-1-2 水蒸气的定压产生过程
分析 活塞式汽缸中水蒸气的定压产生过程。 假设：汽缸中有1kg，初温为0ºC的水，
水面上有一个可以移动的活塞，施加一定 的压力p（不同实验序号下维持恒定压力）， 在容器底部对水加热。
p
加热
1. 水蒸气产生过程的三个阶段
p p p
p
p
加 热
未饱和水
加 热
饱和水
加 热
3区
液相区 (liquid region)
汽液两相区(liquid-vapor region)
汽相区 (vapor region)
5态
未饱和水，饱和水，湿饱和蒸汽，
干饱和蒸汽，过热蒸汽
5—2 水蒸气的状态参数
比较 理想气体和实际气体的不同
5-2-1 零点的规定：
选择水的三相点（273.16K）的液相水为基准点。 规定该状态下，液相水的热力学能和熵为零。
hcr 2085.9kJ / kg, scr 4.4092kJ(kg.K )
是否有400 ºC的水？
0ºC或-10 ºC的水蒸气
1点
临界点 (critical point )
下临界线 (saturation liquid line )：
2线
不同压力下饱和水状态
上临界线(saturation vapor line )： 不同压力下干来自百度文库和蒸汽状态
h h
✓或用熵来计算汽化潜热：
Ts (s s)
干度 (quality) ：
湿蒸汽中所含有的干饱和蒸汽的质量分数。
x mv mv mw
T
e
b cd TS
说明
a
➢表示湿蒸汽的干燥程度；
s’ sx s” s s
➢饱和水 x=0，干饱和蒸汽 x =1;
➢汽轮机运行时，干度规定x=0.86-0.88
（3）干饱和蒸汽的定压过热阶段 ✓过热热量 (heat of superheating) 用焓差表示：
qsup h h
水蒸气定压产生过程中所需的热量：
q ql qsup
T
(h h0 ) (h h) (h h)
b
h h0
a
s’
e
cd
sx s” s s
5-1-3 不同压力下水蒸气定压形成过程的 p-v图和T-s图
4. 沸腾 (boiling) :
在特定的温度下发生，在液体内部和表面同时
进行的强烈的汽化过程。
沸腾状态的水 总是烫手的。
特点
沸腾的温度与液体所受的压力有关。
沸点(boiling point)： 在某一压力下，液体沸腾时的温度。
✓ 与液体的性质有关。
✓ 同种液体，沸点还随压力的升高而增大。
5. 饱和状态 (saturation state) ： 气液两相处于动态平衡的状态。
水蒸气特点： 人类在热力发动机中最早广泛使用的工质。
来源丰富，无毒无味，比热容大，传热好，有良 好的膨胀和载热性能，不污染环境。
热工计算： 不能按理想气体处理。状态方程式，比热的函
数关系以及有关热工计算的经验公式都比较复杂。 采用查图查表方法—— 蒸气的热力性质图表。
5—1 水蒸气的产生过程
5-1-1 基本概念
湿饱和蒸汽
加 热
干饱和蒸汽
加 热
过热蒸汽
水定压预热
饱和水定压汽化
干蒸汽定压过热
水定压预热： 未饱和水
吸热，温度升高，比体积略增
饱和水
参数： ps，ts ，v’，h’，s’
饱和水定压汽化
饱和水
参数： ps，ts ，v’，h’，s’
继续加热，水开始汽化，饱和温度不变， 比体积增大，水量逐渐减少，汽量逐渐增加
工程热力学与传热学
工程热力学 第五章 水蒸气与湿空气
水蒸气
内容要求:
❖ 掌握水蒸气的定压产生过程； ❖ 分析确定水蒸气的状态； ❖ 了解水蒸气的热力过程； ❖ 掌握蒸汽热力性质图表的结构和应用
蒸气：泛指刚刚脱离液态或比较接近液态的 气态物质。是一种实际气体。
常用蒸气：水蒸气，氨蒸气，氟里昂蒸气。