热工基础第五章

第五章 水蒸气与湿空气51 水蒸气的产生过程水蒸气的产生过程 气态工质气态工质气体气体蒸气蒸气：远离液态，一般可作为理想：远离液态，一般可作为理想 气体处理，如空气、燃气。气体处理，如空气、燃气。 ：靠近液态，一般不能作为理：靠近液态，一般不能作为理 想气体处理，如水蒸气、氨蒸想气体处理，如水蒸气、氨蒸 气等气等 。 水蒸气来源丰富，耗资少，无毒无味，比水蒸气来源丰富，耗资少，无毒无味，比 热容大，传热好，有良好的膨胀和载热性能，热容大，传热好，有良好的膨胀和载热性能， 是热工技术上应用最广泛的工质。是热工技术上应用最广泛的工质。蒸气是由液体汽化而产生的。蒸气是由液体汽化而产生的。 1液体液体 汽化汽化蒸发蒸发沸腾沸腾：任何温度下在液体表面进行的任何温度下在液体表面进行的 汽化现象，温度愈高愈强烈汽化现象，温度愈高愈强烈。 ：沸腾是在给定压力所对应的温沸腾是在给定压力所对应的温 度下发生并伴随着大量汽泡产生度下发生并伴随着大量汽泡产生 的汽化现象。的汽化现象。2液体液体 汽化汽化蒸发蒸发沸腾沸腾：任何温度下在液体表面进行的任何温度下在液体表面进行的 汽化现象，温度愈高愈强烈汽化现象，温度愈高愈强烈。 ：沸腾是在给定压力所对应的温沸腾是在给定压力所对应的温 度下发生并伴随着大量汽泡产生度下发生并伴随着大量汽泡产生 的汽化现象。的汽化现象。pts饱和液体饱和液体饱和蒸气饱和蒸气饱和状态饱和状态：液面上蒸气空间中：液面上蒸气空间中 的蒸气和液体两相达的蒸气和液体两相达 到动态平衡的状态到动态平衡的状态 。 饱和压力饱和压力p ps s、饱和温度饱和温度t ts s： 水蒸气：水蒸气：p ps s0.101325 0.101325 MPaMPa，t ts s=100 =100 º ºC C3pttsv水的定压加热过程：水的定压加热过程： 湿饱和蒸气（湿蒸气）的湿饱和蒸气（湿蒸气）的干度干度x x m mv v- -湿湿蒸气中干饱和蒸气的质量蒸气中干饱和蒸气的质量 m mw w- -湿湿蒸气中饱和水的质量蒸气中饱和水的质量 未饱和水未饱和水a 饱和水饱和水b 湿饱和蒸气湿饱和蒸气c 干饱和蒸气干饱和蒸气d 过热蒸气过热蒸气e汽化潜热汽化潜热J/kgJ/kg过热度过热度4水的定压加热过程在水的定压加热过程在p-vp-v图和图和T-sT-s图上的表示图上的表示： 饱和水线饱和水线饱和蒸汽线饱和蒸汽线临界点临界点临界状态临界状态 水的临界状态水的临界状态 mm3 3/kg/kg55-2 水蒸气的状态参数 水在临界压力或高于临界压力下定压加热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。的汽化过程，再加热就直接成为过热蒸汽。一般情况下，水蒸气的性质与理想气体差别一般情况下，水蒸气的性质与理想气体差别 很大很大 , ,为了便于工程计算，将不同温度和不压力为了便于工程计算，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。的状态参数列成表或绘成线算图。 饱和水与饱和蒸气表饱和水与饱和蒸气表分为以温度为序（附录表分为以温度为序（附录表5 5）和以压力为序）和以压力为序 （表（表6 6）两种。）两种。 67未饱和水与过热蒸气表未饱和水与过热蒸气表（附录表（附录表7 7） 8国际规定，蒸汽表取三相点（即固、液、汽国际规定，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零三相共存状态）液相水的热力学能和熵为零。 即：即： p =p = 611.7 Pa611.7 Pa，v = v = 0.00100021 m0.00100021 m3 3/kg/kg, , T = T = 273.16 K, 273.16 K, u = u = 0 kJ/kg0 kJ/kg， s = s = 0 kJ/(kg·K)0 kJ/(kg·K) 湿蒸汽的状态参数湿蒸汽的状态参数1kg 1kg 湿蒸汽是由湿蒸汽是由x x kgkg干蒸汽和干蒸汽和（1 1x x）kgkg饱饱 和水混合而成，和水混合而成，注意注意 单位单位95-3 水蒸气的基本热力过程分析目的分析目的：分析步骤分析步骤： 了解过程中水蒸气的状态变化规律，确定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。过程中水蒸气与外界的能量交换。(1)(1) 根据给定条件，在水蒸气表中查出初态的根据给定条件，在水蒸气表中查出初态的 其它参数值其它参数值; ;(2) (2) 根据初态和过程特点以及终态的一个参数值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，确定终态的其它参数值; ; (3) (3) 根据热力学基本定律，结合过程的特点，计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。算过程中工质与外界交换的功量与热量。 10定容过程定容过程：11定温过程定温过程：12定压过程定压过程： 13定熵过程定熵过程： 在热工计算中，遇到最多的是水蒸气的定在热工计算中，遇到最多的是水蒸气的定 压过程压过程( (如锅炉中水蒸气的产生与冷凝器中水如锅炉中水蒸气的产生与冷凝器中水 蒸气的凝结蒸气的凝结) )和绝热过程和绝热过程( (蒸汽机或汽轮机中水蒸汽机或汽轮机中水 蒸气的膨胀作功过程蒸气的膨胀作功过程) ) 。 14e.g.：P111 5-1，5-4作业：P126 5-1，5-4155-4 湿空气的性质 湿空气：含有水蒸气的空气。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： 161. 未饱和湿空气与饱和湿空气 未饱和湿空气：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 。 湿空气中的水蒸气已饱和， 不能再吸收水份。 定温吸湿过程13 172. 露点 露点：结露：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。 定压降温到露点，湿空气中的水蒸气饱和 ，凝结成水（过程12）。 结霜：183. 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： 饱和湿空气的绝对湿度达到最大值水蒸气的气 体常数： 19（2） 相对湿度 湿空气的绝对湿度 与同温度下饱和湿空气的 绝对湿度 之比称为湿空气的相对湿度。 饱和湿空气干空气未饱和湿空气相对湿度越小，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。20（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。 kg/kg(干空气)据理想气体状态方程 ： 214. 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: 湿空气的平均相对分子质量: 22湿空气的气体常数 湿空气的密度:每立方米湿空气所具有的质量。235. 湿空气的焓 湿空气的焓： 湿空气的比焓： 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温度t下干湿空气的焓为kJ/kg（干空气）246. 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 （4） 定相对湿度线簇 1、 2 、 3 25265-5 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。 27在焓-湿图中湿空气的加热过程如12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 23所示。282. 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。 295-6 干湿球温度计 干湿球温度计由两个温度计构成，如图所示。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 。干球温度计：测量空气温度 t湿球温度计: 测量湿球温度 tw30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。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 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。31第五章小结(1) (1) 水蒸气的定压加热产生过程，在水蒸气的定压加热产生过程，在 p-v p-v 图和图和 T T -s -s 图上表示定压加热时水蒸气的状态变化；图上表示定压加热时水蒸气的状态变化；(2) (2) 利用水和水蒸气表确定水蒸气的状态参数利用水和水蒸气表确定水蒸气的状态参数 。(3) (3) 湿空气的性质及其描述方法，利用湿空气的性质及其描述方法，利用焓-湿图 表示湿空气的加热吸湿和冷却去湿过程。重点掌握：重点掌握：32作业：P126 5-10；5-11e.g.：P123 5-10;5-1133