第七章水蒸气及湿空气

w q u
wt q h T s2 s1 h2 h1
4. 绝热过程
工程计算中最常遇到. 如水蒸气 通过汽轮机膨胀而对外作功；又
如水蒸气通过喷管的过程等
q0
u u2 u1 h2 h1 p2v 2 p1v1
w u
（4）p1MPa，t179.916℃。 解：（1）查附表，p0.1MPa，ts99.634℃。而t＜ts，
故第一种情况为未饱和水状态。查附表，当p0.1MPa， t50℃时用线性插值法求得未饱和水的其它参数为
v0.00101245m3/kg， h209.405kJ/kg，
s0.70175kJ/（kgK）， uhpv209.4050.11030.00101245209.304（kJ/kg）
2594.64（kJ/kg） sx s+x（ss）2.0464+0.915（6.66252.0464）
6.2701[kJ/（kgK）] uxhxpvx2594.640.81030.222418.64（kJ/kg） （4）查附表，p1MPa，ts179.916℃，tts。故第四 种情况是饱和状态，但无法确定是饱和水，干饱和水蒸
确定的热力过程，查取初、 终态的参数值，就可对该过 程进行热工计算。
h c
χ =0
P4 P3 v1 vv2 3 t4 P2 t3 t2
P1 t1 χ =1
χ2 χ1
o
S
湿蒸汽区的定压 线就是定温线
工程上常用蒸汽为图 中方框部分(附图1)
§7.2 水蒸气的热力过程
水蒸气的热力过程分析计算步骤：
（1）根据已知初态的两个独立参数，在图上（或水蒸气 表上）找到代表初态的点，并查出其它初态参数值。
h
1
P1 t1
P2
t2 χ =1
2 χ2
(a)可逆绝热过程 S
wt h h1 h2
对过热蒸汽，经绝
热膨胀，过热度减 小，变为干饱和蒸
h
汽。若继续膨胀，
则变为湿蒸汽，同
时干度会随之减小
。
P1 1 t1
2
P2 t2
χ =1 χ2
忽略散热及不可逆因素
s1 s2
S
例5-3 水蒸气在0.2MPa压力下从150℃定压加热到250℃，试
如水蒸汽冷凝为水
液态物质 (吸热)汽化 (放热)凝结
气态物质
同压力下蒸汽的凝结温度 与液体的沸点相等
汽相空间蒸汽分子越多，蒸汽压力越大，凝结速度越快。
基本概念
3. 饱和状态
——液面上蒸气空间中的蒸气和液体两相达到 动态平衡的状态就称为饱和状态。
在饱和状态下,有:
饱和压力ps
饱和温度ts ps f (ts )
vc0.003106m3/kg
一点 二线 三区 五态
临界点C 饱和水线 (x0) 、饱和蒸汽线(x1） 末饱和水区、汽液两相共存区、过热蒸汽区
末饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽
• 在临界点C汽液两相差异完全消失，汽液相变将在瞬间完成。 • 在临界温度以上不能用压缩的方法使蒸汽液化。
如水蒸气在热电厂和 空调工程中的 应用
学习要求
• 1、掌握有关蒸汽的各种术语及其意义。如：汽化、凝结、 饱和状态、未饱和液体、饱和液体、湿蒸汽、干饱和蒸汽、 过热蒸汽、干度等概念及不同蒸汽状态的特征和关系。
• 2、了解蒸汽定压发生过程及其在p-v图与T-s图上的一点、 二线、三区和五态。
• 3、掌握水蒸气图表的结构，能够熟练利用水蒸气图表查 出水蒸气状态参数。
过冷度 (v, h, s)
ts t
(v, h, s)
p t>ts v
e
过热蒸气
过热度
t ts
预热阶段
汽化阶段
过热阶段
汽化潜热 r h h J/kg
凝结潜热
同工质同温度下
三、水蒸气定压发生过程的p-v图和T-s图上
水的临界状态
pc22.064MPa tc373.99℃
饱和蒸汽 —— 饱和液体 ——
如水蒸气：ps＝0.101325 MPa，ts=100 ºC
饱和温度和饱和压力一一对应。
基本概念
4. 干度
——单位质量湿蒸汽中所含饱和蒸汽的质量称
为湿蒸汽的干度。表示式为
饱和液体和饱和 蒸汽的混合物
x mv mv mw
mv-湿蒸气中干饱和蒸气的质量
mw-湿蒸气中饱和水的质量
水蒸气的定压发生过程
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
v < v’ v = v’ v ’< v <v’’ v = v’’ v > v’’
h < h’ h = h’ h ’< h <h’’ h = h’’ h > h’’
制冷剂蒸气图表常将 零点规定于0℃以下
水蒸气图表选定水的三相点（即273.16K的液相水） 作为基准点，规定在该点的液相水的u、s值为零,此时有
t0＝0.01C，p0＝611.659Pa，v0＝0.00100021ｍ3∕kｇ， u0=0kJ/kg；s0=0kJ/（kgK）
ｈ0＝ u 0 ＋ p0 v 0 ＝0.611J∕kg≈0 kJ∕kg
流体力学
建筑与环境工程系
第七章 水蒸气及湿空气
气态工质
气体 蒸汽
远离液态，一般可作为理想气体处 理，如空气、燃气。
刚脱离或接近液态，一般不能作为 理想气体处理，如水蒸气、制冷剂 蒸气等 。
水蒸气具有良好的热力性质，来源丰富，易于
获得，比热容大，传热性能好，且无毒无味、无污 染，在热力工程中的使用极为广泛。
即 v＜v＜v， 故第三种情况为湿蒸汽状态。
由式
vx v x(v v) 可得干度
x vx v 0.22 0.0011148 0.915 v v 0.24037 0.0011148
该状态下的其它参数为
txts170.444℃ hxh+x（hh）721.2+0.915（2768.68721.2）
（3）查附表，当p0.8MPa时，
v0.0011148m3/kg，v0.24037m3/kg； h721.2kJ/kg，h2768.86kJ/kg；
s2.0464kJ/（kgK），s6.6625kJ/（kgK） 因为v0.22m3/kg，介于饱和水与干饱和水蒸气之间，
• 4、掌握水蒸气基本热力过程的特点和热量、功量、热力 学能的计算。理解湿空气、未饱和湿空气和饱和湿空气的 概念和意义。
• 5、掌握湿空气状态参数的意义及其计算方法。 • 6、熟悉湿空气焓湿图的结构，能熟练应用焓湿图查取湿
空气参数。
主要内容
• §7.1 水蒸气的产生 • §7.2 水蒸气的热力过程 • §7.3 湿空气
§7.1 水蒸气的产生
• 一、基本概念 • 二、水蒸气的产生过程 • 三、水蒸气的p-v图，T-s图 • 四、水蒸气热力性质图表
一、基 本 概 念
1. 汽化
蒸发
物质由液态转变为气态的现象称为汽化。 蒸汽是由液体汽化而产生的。 如湿衣服的晾
干
在任何温度条件下发生在液体表面的汽化
过程。温度越高，蒸发表面积越大，蒸发
气还是湿蒸汽，其余参数也无法确定。
3、水蒸气的焓熵图
欲获得水蒸汽的状态参数,可查
水蒸气表
精确度高,但往往不太方 便、且不直观
水蒸气的焓熵图(莫里尔图)
方便、直观,但不够精 确
临界点C
课本30页
水蒸气的焓熵图
上界线（x1）
下界线（x0）
定焓线h 定熵线s
定压线p 定温线t
定比体积线v 定干度线x • h-s图上的一条线表示一个
越强烈。
液体开始沸腾的温度
沸腾
在一定温度（沸点）下，液体内部和表面 同时发生的剧烈汽化过程。沸腾可通过加 热或减压的方法实现。相同压力下，不同
的液体沸点不同。
汽化过程是吸热过程。
如在0.1MPa时，水的沸点为 99.634℃，氨的沸点为-32℃
基本概念
2. 凝结
——物质由气态转变为液态的过程称为凝结。
求1kg水蒸气的吸热量、所作的膨胀功及热力学能增量。
解：在h-s图上，由p0.2MPa的定压线与t1150℃的定温 线相交得初状态点1，与t2250℃的定温线相交得终状态点2， 如图5-6所示。查得
h1=2772kJ/kg，v1=1m3/kg h2=2973kJ/kg，v2=1.22m3/kg 吸热量 q h2 h1 2973 2772 201 （kJ/kg） 膨胀功 w p(v2 v1) 0.2 103 1.22 1 44 （kJ/kg） 热力学能增量 u q w 201 44 157 （kJ/kg）
（2）查附表，p0.5MPa，ts151.867℃，而t＞ts，故第 二种情况为过热水蒸气状态。查附表，当p0.5MPa，t200℃ 时，过热水蒸气的其它参数为 v0.42487m3/kg，h2854.9kJ/kg，s7.0585kJ/（kgK），
uhpv2854.90.51030.424872642.465（kJ/kg）
x0 ，饱和液体
干度x的取值范围为0～1。 0﹤x﹤1 ，湿(饱和)蒸汽
x1 ，干饱和蒸汽 • 引入干度x可确定湿蒸汽中所含饱和液体和饱和蒸汽的
量，或确定湿蒸汽的状态。
二、水蒸气定压发生过程
p
p
p t<ts
p
ts
ts
vx
ts
v0
v''
a v' b
c
d
未饱和水 饱和水 湿(饱和)蒸气 干饱和蒸气
例5-4 水蒸气由压力p11MPa，温度t1300℃，可逆绝 热膨胀至0.1MPa，试求1kg水蒸气所作的膨胀功和技术功。 （分别用h-s图和水蒸气表计算）
解：（1）用h-s图计算 在h-s图上，由p11MPa的定压
线与t1300℃的定温线相交得点1，查得
h13050kJ/kg，v10.26m3/kg
工程上将水基准点的 焓视为零已足够精确
2、水和水蒸气表
饱和水与饱和蒸汽表
按温度排列（附表1） 按压力排列（附表2）
未饱和水与过热蒸汽表（附表3） 参数右上角加“”表示
湿蒸汽参数的确定: 注意粗黑线
饱和液体参数，加“” 表示饱和蒸汽参数
pps，tts
vx (1 x)v xv v x(v v)
s <百度文库s’ s = s’ s ’< s <s’’ s = s’’ s > s’’
水预热
汽化
过热
四、水蒸气热力性质图表
水蒸气不同于理想气体，其参数通过实验和分析的方法求得，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 状态参数列成数据表或绘成线算图，以供工程计算查用。
1、零点的规定
换热器进行热交换的过程
q h h2 h1
u u2 u1 h2 h1 pv2 v1
w p(v2 v1)
w q u
或 wt vdp 0
忽略流动阻力等 不可逆因素
2. 定容过程
1—2过程: 定容吸热升压升温， 吸收的热量全部转化为热力学能
（2）根据过程条件（沿定压线、定容线、定温线、定熵 线）和终态的一个参数值。找到终态的点，并查出终态的其 它参数值。
（3）根据已求的初、终态参数，应用热力学第一和第二 定律等基本方程计算工质与外界传递的能量，即q，w等。
1. 定压过程
1—2:定压吸热膨胀升温 2—1:定压放热被压缩降温
工程计算中最常遇到.如水在锅炉中吸 热形成水蒸气的过程;水蒸气通过各种
w pdv 0
wt vdp v p1 p2
q u u2 u1 h2 h1 p2 p1 v
3. 定温过程
1—2过程: 定温膨胀; 蒸汽状态由湿蒸汽变为干 饱和蒸汽,再变为过热蒸汽
q T s2 s1
u h2 h1 p2v 2 p1v1
hx (1 x)h xh h x(h h) h xr
sx

(1
x)s

xs

s

x(s

s)

s

x
r T
ux hx pvx
注意单位
u可通过 uhpv求得
表中未列出的参数用线性插值法求得
例7-2 试判断下列情况下水处于什么状态，并确定其 它各参数的值。（1）p0.1MPa，t50℃；（2） p0.5MPa，t200℃；（3）p0.8MPa，v=0.22m3/kg；