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第七章 水蒸气及湿空气

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水蒸气与湿空气

水蒸气与湿空气

第七节 湿空气的典型过程
一、空气调节装置的工作概况
图9-15 空气调节装置示意图
第七节 湿空气的典型过程
二、湿空气的几种典型过程 1.绝热混合过程
图9-16 确定混合后湿空气的状态
第七节 湿空气的典型过程
0.001(ma1+ma2)d3=0.001ma1d1+0.001ma2d2
第七节 湿空气的典型过程
2.汽化阶段
第二节 水的定压加热汽化过程
3.过热阶段
第二节 水的定压加热汽化过程
解：1)因t=150℃>ts=99.63℃，故该蒸汽处于过热蒸汽状态。过热度D=t-ts=(99.64)℃=50.37℃。 2)10kg工质中既含有蒸汽又含有水，即处于汽、水共存状态，故为湿蒸汽状态，其温度必为饱和温度ts=99.63℃。
第七节 湿空气的典型过程
2.加热过程
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第五节 湿空气的基本概念
解：1)由饱和水蒸气表查得21℃时水蒸气的饱和压力为ps=0.024 896×105Pa，故水蒸气分压力为
2)由式(9-21)得含湿量为
第五节 湿空气的基本概念
第六节 湿空气的参数与h-d图
一、湿空气的焓
第六节 湿空气的参数与h-d图
二、湿空气的其他参数
三、湿空气的h-d图
第三节 水蒸气的表和图
二、水蒸气的h-s图
第三节 水蒸气的表和图
由于水蒸气表是不连续的，在求表列间隔中的数据时，必须使用内插法。因此，根据分析计算和研究的实际需要，可以用状态参数坐标图绘制水蒸气的各种热力性质图。如前述p⁃v图和T⁃s图，这两种图在分析过程中是有其特点的。但在工程上常常需要计算功量和热量，这在p⁃v图和T⁃s图上就需要计算过程曲线下的面积，而面积的计算，特别是不规则曲线包围的面积的计算，极不方便。如能在一种图上以线段精确地表示热量及功量的数值，则对于热功计算可以提供极大的方便，而h⁃s图就具有这种作用。因定压下的加热量（或放热量）等于焓差，即qp=h2-h1，而绝热膨胀的焓降等于技术功，即wt=h2-h1，故如在以焓为纵坐标、熵为横坐标的h⁃s图上，精确地画出标有数据的定温、定压线等，则用它作热工方面的数值计算是非常方便的。
化工原理第七章干燥课后习题及答案

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第七章 干 燥湿空气的性质【7-1】湿空气的总压为.1013kPa ，(1)试计算空气为40℃、相对湿度为%60ϕ=时的湿度与焓；(2)已知湿空气中水蒸气分压为9.3kPa ，求该空气在50℃时的相对湿度ϕ与湿度H 。

解 湿空气总压.1013p kPa =(1).06ϕ=，40℃时水蒸气的饱和蒸气压.7375s p kPa = 湿度 ..../ (067375)06220622002841013067375s s p H kg kg p p ϕϕ⨯==⨯=--⨯．水干气焓 ()..1011882492I H t H =++(...)../= 10118800284402492002841133kJ kg +⨯⨯+⨯= (2) 湿空气中水汽分压.93V p kPa = 50℃时水的饱和蒸气压.1234s p kPa = 相对湿度 ..9307541234V s p p ϕ===． 湿度 . (93)0622=062200629101393V V p H kg kg p p =⨯=--．水／干气 【7-2】空气的总压为101.33kPa ，干球温度为303K ，相对湿度%70ϕ=，试用计算式求空气的下列各参数：(1)湿度H ；(2)饱和湿度s H ；(3)露点d t ；(4)焓I ；(5)空气中的水汽分压V p 。

解 总压.,.101333033007p kPa t K ϕ====℃， (1) 30℃时，水的饱和蒸气压.4241s p kPa = 湿度 ...? (074241)062206220018810133074241s s p H kg kg p p ϕϕ⨯==⨯=--⨯．．水／干气(2) 饱和湿度 (4241)0622062200272101334241s s s p H kg kg p p ==⨯=--．水／干气 (3)露点d t 时的饱和湿度.00188s H kg kg =水／干气 .0622ss sp H p p =- (1013300188)2970622062200188s s s pH p kPa H ⨯===++从水的饱和蒸气压为 2.97kPa 查得水的饱和温度为23.3℃，故空气的露点.233℃d t =(4) .3000188t H kg kg ==℃，水／干气时，空气的焓为()..1011882492H H t H =++(...)../= 1011880018830249200188782kJ kg +⨯⨯+⨯=干气 (5) t=30℃时的.4241s p kPa =水汽分压 ...074241297V s p p kPa ϕ==⨯=【7-3】在总压为101.3kPa 下测得湿空气的干球温度为50℃，湿球温度为30℃，试计算湿空气的湿度与水汽分压。

水蒸气及湿空气

水蒸气及湿空气


如水蒸气在热电厂和 空调工程中的 应用
.
2
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。
s1 s2
S
.
26
例5-3 水蒸气在0.2MPa压力下从150℃定压加热到250℃，试
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）
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)
hx (1 x)h xh h x(h h) h xr
sx
(1
x)s
xs
s
x(s
s)
s
xr T
ux hx pvx
q0 u u2 u1 h2 h1 p2v2 p1v1
w u
h
1
P1 t1
P2
t2
χ=1
2 χ2
(a)可逆绝热过程 S
wt h h1 h2
建筑设备第7章 传热学和湿空气的基本知识

建筑设备第7章 传热学和湿空气的基本知识

b.两物体辐射换热无需直接接触。
B.辐射的吸收、反射、透射
反射率r=1称为白体。 吸收率ρ=1称为黑体。 透射率τ=1称为透明体。
C.辐射本领
单色辐射本领：物 体单位面积在单位 时间内辐射某一波 长的能量，用Eλ表 示。 辐射本领：物体单 位面积单位时间辐 射波长从0到+∞的 全部能量，用E 表 示。
完全不含水蒸气的空气称为干空气。干 空气的组元和成分通常是一定的（见表6-1 ），可以当做一种“单一气体”。我们所说 的湿空气，就是干空气和水蒸气的混合物。 大气中总是含有一些水蒸气。一般情况 下，大气中水蒸气的含量及变化都较小，通 常的环境大气中水蒸气的分压力只有0.003 ～0.004MPa；但随着季节、气候、湿源等 各种条件的变化，会引起湿空气干湿程度的 变化，进而对人体舒适度、产品质量等产生 直接影响。
A.导热概念： 由于温度不同引起物体 t1=30 ℃ 微观粒子（分子、原子、 电子等）的热运动不同， 从而产生热量转热的现 象。
t2=15 ℃
B.导热基理：靠微观粒热运动来传递;但对于 气、液、固体又有所不同。
气体：分子原子不规则 热运动而相互碰撞。 固体：导电固体是靠自 由运动电子相互作用， 非导电固体是靠晶格结 构的振动（原子分子在 其平衡位置振动），弹 性波传递。 液体：间于气体与非 导电固体之间，以弹 性波作用为主，而以 分子热运动碰撞为辅。
7.3.2 相Байду номын сангаас湿度和含湿量
在某一温度下，湿空气中水蒸气 分压力的大小固然反映了水蒸气含 量的多少，但为方便湿空气热力过 程的分析计算，有必要引入两个反 映湿空气成分的参数：相对湿度和 含湿量。
1．相对湿度（φ） 湿空气中水蒸气的分压力pv与同一温 度、同样总压力的饱和湿空气中水蒸气 分压力（ps）的比值称为相对湿度，以φ 表示，则 φ=pv/ps φ值介于0和1之间。φ愈小表示湿空气离饱 和湿空气愈远，即湿空气愈干燥，吸取 水蒸气的能力愈强，当φ＝0时即为干空 气；反之，φ愈大空气愈潮湿，吸取水蒸 气的能力也愈差，当φ＝1时即为饱和湿 空气。
第7章 水蒸气

第7章 水蒸气

第七章水蒸气Water Vapor 本章问题引导：⏹水蒸气可看作理想气体吗？⏹水蒸气是如何产生的？⏹水蒸气的参数如何确定？⏹水蒸气的过程如何计算？7-1 水蒸气的基本概念18世纪人类发明蒸气机，当时蒸气是唯一工质，目前水蒸气仍是火力发电、核电、供暖等的工质。

优点: 容易获得，便宜，无毒，化学性质稳定，膨胀性能好，传热性能好，对环境友好。

在空气中水蒸气含量极小，分压力很低，可当作理想气体，但当离液态不远或有相变，水蒸气一般应作实际气体处理，水蒸气的基本概念1、汽化——液体转变为气体的过程液化——蒸气或气体转变为液体的过程蒸发——液体表面在任何温度进行的缓慢汽化过程2、饱和状态(Saturation state)—汽化和液化达到动态平衡共存的状态饱和温度与饱和压力3. 临界点4.三相线凝固时体积膨胀物质的p-v-T曲面⏹一定的饱和温度总是对应着一定的饱和压力；一定的饱和压力也总是对应着一定的饱和温度⏹饱和温度愈高，饱和压力也愈高饱和温度T s 饱和压力ps一一对应Tspsp s=1.01325bar T s =100 ℃青藏高原p s=0.6bar T s =85.95 ℃高压锅p s=1.6barT s =113.32 ℃Saturation state水cr o cr3cr 22.064MPa647.14K (373.99C)m 0.003106kgp T v ===水的临界点参数饱和液线与饱和汽线的交点气液两相共存的p max ,Tmax临界点水的三相点tp tp 611.2Pa, 273.16Kp T ==t < t s t = t s t = tst = t s t > t s未饱和水饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽预热汽化过热7-2 水定压加热汽化过程水定压加热汽化过程的p -v图及T-s图一点临界点Critical point 两线饱和蒸汽线饱和水线三区液汽液共存汽五态未饱和水饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽7-3 水和水蒸气的状态参数⏹水和水蒸气的状态参数包括p 、v 、T 、h 、s 、u 等，其中h 、s 、u 常需要确定的是它们的变化量。

第七章 水蒸气

第七章 水蒸气

第七章水蒸气一、目的及要求了解水蒸汽产生的一般原理，掌握水及水蒸汽状态参数的确定，会用水蒸汽图及表求取水蒸汽的状态参数，会计算水蒸汽热力过程中功和热量的计算。

二、内容：7.1饱和温度和饱和压力7.2水的定压加热汽化过程7.3水和水蒸气的状态参数7.4水蒸气表和图7.5水蒸气的基本热力过程三、重点及难点：7.1应掌握有关蒸气的各种术语及其意义。

例如：汽化、凝结、饱和态、饱和蒸气、饱和液体、饱和温度、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。

7.2了解水蒸气定压发生过程及其在p－v图和T－s图上的一点、二线、三区、和五态。

7.3了解水蒸气图表的结构，并掌握其应用。

7.4掌握蒸气热力过程的热量和功量的计算。

四、主要外语词汇：vaporization, condensation, latent heat of evaporation, saturation, triple point, critical point五、本章节采用多媒体课件六、复习思考题及作业：思考题：1、水的三相点是不是唯一确定的？三相点与临界点有什么差异？2、刚性绝热的密闭容器内水的压力为4Mpa，测得容器内温度为20℃，试问容器内的水是什么集态？因意外事故容器上产生一个不大的裂缝，试分析其后果。

3、水在定压汽化过程中温度维持不变，因此有人认为过程中热量等于膨胀功，即q=w，对不对？为什么？作业：7－1，7－3，7－5，7－7第七章水蒸汽在动力、制冷、化学工程中，经常用到各种蒸汽。

常用的如水蒸汽、氨蒸汽、氟里昂蒸汽等，蒸汽是指离液态较近在工作过程中往往会有集态变化的某种实际气体。

显然，蒸汽不能作为理想气体处理，它的性质较复杂。

在工程计算中，水和水蒸汽的热力参数以前采用查取有关水蒸汽的热力性质图表的办法，现在也可借助计算机对水蒸汽的物性及过程作高精度的计算。

本章主要介绍水蒸汽产生的一般原理、水和水蒸汽状态参数的确定、水蒸汽图表的结构和应用以及水蒸汽热力过程功和热量的计算。

工程热力学课后题答案

工程热力学课后题答案

12.流速为 的高速空气突然受阻停止流动，即 ，称为滞止。如滞止过程进行迅速，以致气流受阻过程中与外界的热交换可以忽略，问滞止过程空气的焓变化了多少？
答案
第三章理想气体及其混合物
1.把 压送到体积为 的贮气罐内。压送前贮气罐上的压力表读数为 ，温度为 ，压送终了时压力表读数为 ，温度为 。试求压送到罐内的 的质量。大气压力为 。
4.锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若已知斜管倾角 ，压力计中使用 的煤油，斜管液体长度 ，当地大气压力 ，求烟气的绝对压力（用 表示）解：
5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中 为压力表，读数为 ， 为真空表，读数为 。若当地大气压 ，求压力表 的读数（用 表示）
解
由
2.体积为 的某钢性容器内盛有了 的氮气。瓶上装有一排气阀，压力达到 时发门开启，压力降到 时关闭。若由于外界加热的原因造成阀门开启，问：
(1)阀门开启时瓶内气体温度为多少？
(2)因加热造成阀门开闭一次期间瓶内氮气失去多少？设瓶内空气温度在排气过程中保持不变。
答案（1） ℃；（2）
3.氧气瓶的容积 瓶中氧气的表压力为 。问瓶中盛有多少氧气？若气焊时用去一半氧气，温度降为 ，试问此时氧气的表压力为多少（当地大气压力 ）
解
10.在体积为 的钢性容器内装有氮气。初态表压力为 ，温度为 ，问应加入多少热量才可使氮气的温度上升到 ？其焓值变化是多少？大气压力为 。
(1)按定值比热容计算；
(2)按真实比热容的多项式计算；
(3)按平均比热容表计算；
(4)按平均比热容的直线关系式计算。
解
（1）
（2）查得
（3）查得
（4）查得
7.第七章 水蒸气解析

7.第七章 水蒸气解析

第七章 蒸气的热力性质与热力过程
工程热力学的两大类工质
1、理想气体（ ideal gas）
可用简单的式子描述 如汽车发动机和航空发动机以空气为 主的燃气、空调中的湿空气等
2、实际气体（ real gas）
不能用简单的式子描述，真实工质 火力发电的水和水蒸气、制冷空调中 制冷工质等
水蒸气是实际气体的代表
未饱和水和过热蒸汽表（节录）
饱 和 参 数
查表举例（1）
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)=179.916℃
t=100℃ < ts, 未饱和水 t=200℃ > ts, 过热蒸汽
h=419.74kJ/kg h=2827.3kJ/kg
液态区：下界限线与临界等温线上段左侧区域 湿蒸汽区：上、下界限线之间的锺罩形区域
五态 过热蒸汽：一定压力下，温度高于对应饱和温度的蒸汽。
或者说：一定温度下，压力低于饱和蒸汽压的蒸汽。
饱和干蒸汽：一定压力下，温度等于对应饱和温度的蒸汽。 或者说：一定温度下，压力等于饱和蒸汽压的蒸汽。
饱和湿蒸汽：饱和蒸汽与饱和液体的机械混合物。
湿蒸汽状态
t=250℃ ,
二、T-S图 三、H-S图
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）
3、等压线群：p
q Tds dh vdp
h

s
pC
TC

0
h s p
T
0
两相区 单相区
p
T=Const 斜直线 T
湿饱和蒸汽区状态参数的确定
工程热力学课件 第七章 湿空气

工程热力学课件 第七章 湿空气


d＝622
d＝622 d＝622 dbh＝622 Φ≈
d dbh
Pzq Pg Pzq B－Pzq ΦPbh B－ΦPbh Pbh B－Pbh
g／kg干空气
g／kg干空气 g／kg干空气 g／kg干空气
100%
五、湿空气的焓
以单位质量干空气为基准，理想混合气体
i＝ig＋0.001dzqkcal／kg干空气
六、湿空气的重度
湿空气的重度等于干空气的重度和水蒸气 的重度之和，即 γs＝γg＋γzqkg／m3
为了简化计算可用干空气的重度来代替湿空气的重度
γs≈γg
根据理想气体状态方程，干空气部分的重度为： pg pg pg γg＝ ＝ ＝0.456 RT T 2.153T 水蒸气的重度就是湿空气的绝对湿度 pzq pzq pzq
气体常数R的数值确定：
（注意不同计量单位之间的换算）
干空气 Rg＝29.3kg.m/kg.k＝2.153mmHgm3／kg.K
＝287.05J／kg.K
水蒸气 Rzq＝47.1kg.m／kg.K
Rg＝29.3kg.m/kg.k＝3.461mmHgm3／kg.K
＝461.5J/kg.K
§7-2
湿空气的性质及其

h
t
100%
pv
d
湿球温度
2. 干湿球温度法 球面上 蒸发热=对流热 ts绝热饱和温度

1
t-ts
t-ts
t = ts
图5-9 干湿球温度计
干球温度,湿球温度与露点温度
1 1
T
t > ts> tld t = ts= tld
t ts tld
s
图5-9 干湿球温度计
工程热力学第章湿空气

工程热力学第章湿空气

工程热力学第章湿空气湿空气的基本概念湿空气是指空气中同时存在水蒸气和干空气的混合物。

通常，湿空气的含湿量可以用绝对湿度、相对湿度和露点温度来描述。

绝对湿度是指单位体积内所含水蒸气的质量，通常以克/立方米为单位。

相对湿度是指空气中水蒸气含量与该空气在相同温度下饱和时所含的最大水蒸气量之间的比值，通常以百分比表示。

露点温度是指空气在降温过程中，达到饱和点所需降至的温度。

湿空气的热力学性质湿空气的热力学性质受温度、压力和相对湿度的影响。

在恒压下，随着温度的升高，绝对湿度也会增加。

在恒温下，增大空气的绝对湿度会使得其比热容增加，导致比热容的变化大小与相对湿度有关。

相对湿度对湿空气的热力学性质也有较大影响。

在一定压力下，相对湿度越高，湿空气的比焓增加也越大。

这是因为相对湿度越高，水蒸气与空气的接触面积增加，导致液态水蒸气成为水蒸气的难度增加，能放出的潜热也随之增加。

湿空气的计算方法在工程实际应用中，常需要对湿空气的热力学性质进行计算，以便进行恰当的设计和运行。

常见的湿空气计算方法包括理想气体混合法、质量混合法和体积混合法。

其中，理想气体混合法是使用理想气体状态方程计算混合气体的密度和压强，进而计算混合气体的比焓等热力学性质。

质量混合法则是基于质量平衡和互为饱和的空气和水蒸气间的平衡点来计算混合气体的湿含量等参数。

而体积混合法则是通过混合空气和水蒸气的具体密度和分压力，计算混合气体的各种参数。

湿空气的应用湿空气在工业、民用和航空领域都有广泛应用。

例如，在工业领域中，湿空气被广泛用于制造、冷却和烘干等方面。

在民用领域中，则主要用于室内空气处理和控制，以确保住宅和办公室等空间中的空气质量和舒适度。

在航空领域中，湿空气则被用于飞机的供氧和空气循环系统中，以保证机舱内空气的质量和压力水平。

湿空气作为空气和水蒸气混合产物，其热力学性质和应用领域较为广泛。

了解湿空气的基本概念、热力学性质和计算方法等，对于理解其在工程实际应用中的作用和价值具有重要意义。

第7章水蒸汽

第7章水蒸汽

第七章水蒸汽水蒸汽是人类在热力发动机中最早应用的工质，虽然后来也应用其他的工质，但是由于水蒸汽易于获得，价格低廉、无污染等优点，至今仍然是工业上广泛使用的工质。

水蒸汽在某些条件下可以当做理想气体来处理，例如空气中的水蒸汽，内燃机燃气中的水蒸汽等，由于水蒸气的分压力比较低或者温度较高，当做理想气体来处理不会有太大的偏差，但是大多数情况下我们使用的水蒸汽离液态不远，分子间的作用力和分子本身的体积不可忽略，因此不能当做理想气体来处理。

水蒸汽的热力性质比理想气体复杂的多，不能用简单的公式来计算，在工程计算中，不能单纯的利用数学方法计算，而是采用查取图表的方式来解决，这些图表是理论分析与实验相结合的方法，得出水蒸汽热力性质的复杂公式，由计算结果经过实验验证编制而成的。

本章主要介绍水蒸汽产生的一般原理，水蒸汽参数的确定，水蒸汽图表的结构和应用，计算水蒸汽在热力过程中传递的功和热量。

7．1 水的相变及相图一、饱和温度和饱和压力液体分子和气体分子一样处于紊乱的热运动中，当液体分子处于一个能够承受一定压力的容器中时，随时有液体表面附近的动能较大的分子克服表面张力扩散到上部空间，同时，上部空间的蒸汽分子也会与液面碰撞而回到液面，凝成液体。

这就是气化（蒸发）与液化（凝结）的过程。

气化时，分子带走了液体的能量，液体内分子的平均动能减小，气化速度降低，要维持气化的持续进行，就需要加热来提供热量。

可见，气化速度取决于液体的温度。

液化过程取决于上部蒸汽分子的压力，蒸汽分子越多，蒸汽压力也就越大，与液面碰撞的几率越大。

气化与液化到一定程度时会达到动态平衡，此时的状态称为饱和状态。

上部的蒸汽称为饱和蒸汽，饱和蒸汽的压力称为饱和压力，下部液体称为饱和液体，温度叫做饱和温度。

饱和温度和饱和压力一一对应。

若温度变化，气化速度会发生变化，会达到新的平衡状态。

饱和蒸汽的特点是，在一定容积下，不能再含有更多的蒸汽，如果再有蒸汽加入，就必定有一部分蒸汽凝结，饱和蒸汽致命由此而来。

工程热力学第七章水蒸气作业

第7章 水 蒸 汽例1：容积为0.63m 的密闭容器内盛有压力为3.6bar 的干饱和蒸汽，问蒸汽的质量为多少，若对蒸汽进行冷却，当压力降低到2bar 时，问蒸汽的干度为多少，冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少 解：查以压力为序的饱和蒸汽表得：1p =3.6bar 时，"1v =0.51056kg m /3 "1h =2733.8kJ /kg蒸汽质量 m=V/"1v =1.1752kg查饱和蒸汽表得：2p =2bar 时，'2v =0.0010608kg m /3 "2v =0.88592kg m /3 '2h =504.7kJ /kg''2h =2706.9kJ /kg在冷却过程中，工质的容积、质量不变，故冷却前干饱和蒸汽的比容等于冷却后湿蒸汽的比容即： "1v =2x v或"1v =''22'22)1(v x v x +- 由于"1v ≈''22v x=≈"2"12v v x 0.5763 取蒸汽为闭系，由闭系能量方程 w u q +∆=由于是定容放热过程，故0=w所以 1212u u u q -=∆=而u =h -pv 故)()("11"1222v p h v p h q x x ---= 其中：2x h =''22'22)1(h x h x +-=1773.8kJ /kg则 3.878-=q kJ /kgQ=mq=1.1752⨯(-878.3) =-1032.2kJ例2：1p =50bar C t 01400=的蒸汽进入汽轮机绝热膨胀至2p =0.04bar 。

设环境温度C t 0020=求：（1）若过程是可逆的，1kg 蒸汽所做的膨胀功及技术功各为多少。

（2）若汽轮机的相对内效率为0.88时，其作功能力损失为多少 解：用h -s 图确定初、终参数初态参数：1p =50bar C t 01400=时，1h =3197kJ /kg 1v =0.058kg m /31s =6.65kJ /kgK则1111v p h u -==2907 kJ /kg6.65kJ /kgK终态参数：若不考虑损失，蒸汽做可逆绝热膨胀，即沿定熵线膨胀至2p =0.04bar ，此过程在h-s 图上用一垂直线表示，查得2h =2020 kJ /kg 2v =0.058kg m /3 2s =1s =6.65kJ /kgK2222v p h u -==1914 kJ /kg膨胀功及技术功：21u u w -==2907-1914=993 kJ /kg21h h w t -==3197-2020=1177 kJ /kg2）由于损失存在，故该汽轮机实际完成功量为t ri t w w η='=0.88⨯1177=1036 kJ /kg此不可逆过程在h-s 图上用虚线表示，膨胀过程的终点状态可以这样推算，按题意'21'h h w t -=，则'12't w h h -==3197-1036=2161 kJ /kg这样利用两个参数'2p =0.04bar 和'2h =2161 kJ /kg ，即可确定实际过程终点的状态，并在h-s 图上查得'2s =7.12kJ /kgK ，故不可逆过程熵产为22's s s g -=∆=7.12-6.65=0.47kJ /kgK作功能力损失)(00g f s s T s T w ∆+∆=∆=∆因绝热过程0=∆f s则kg kJ s T w g /7.13747.0)20273(0=⨯+=∆=∆例3：0.1kg 水盛于一绝热的刚性容器中，工质的压力的0.3Mpa ，干度为0.763。

工程热力学(第三版)习题答案全解可打印第七章

利用 h-s 图 ts = 234°C 、 h = 3233kJ/kg 、 v = 0.1m3 / kg 、 s = 6.92kJ/(kg ⋅ K) ，
93
第七章 水蒸气
D = t − t3 = 400 o C − 234 o C = 166 ° C 。
7-4 已知水蒸气的压力为 p = 0.5MPa ， 比体积 v = 0.35m3 / kg ， 问这是不是过热蒸汽？如果 不是，那是饱和蒸汽还是湿蒸汽？用水蒸气表求出其它参数。 解：利用水蒸气表 p = 0.5MPa 时， v′ = 0.0010925m3 / kg 、 v′′ = 0.37486m3 / kg ， 因 v′ < v < v′′ 据同一表 所以该水蒸气不是过热蒸汽而是饱和湿蒸汽。
s = s′ + x( s′′ − s′) = 2.1388kJ/(kg ⋅ K) + 0.95 × (6.5859 − 2.1388)kJ/(kg ⋅ K) = 6.3635kJ/(kg ⋅ K)
u = h − ps v = 2676.9kJ/kg − 1× 103 kPa × 0.18472m3 = 2492.2kJ/kg
7-2 湿饱和蒸汽，x=0.95、 p = 1MPa ,应用水蒸表求 ts、h、u、v、s，再用 h-s 图求上述参数。 解： 利用饱和水和饱和水蒸气表：
p = 1.0MPa
t s = 179.916 ℃
v′ = 0.0011272m3 / kg
h′′ = 2777.67kJ/kg ；
v′′ = 0.19438m 3 / kg ； h = 762.84kJ/kg
技术功：
wt = h1 − h2 = 3345kJ/kg − 2132kJ/kg = 1214kJ/kg

水和水蒸气的性质(严家禄第七章)


本章主要内容
1. 实际工质的物性
2. 水蒸气的产生过程
3. 水蒸气图表的结构和应用
蒸汽
水蒸气
蒸气
§ 7-1 饱和温度和饱和压力
物质有三种聚集状态：固态、液态、气态
水的三态：冰、水、蒸汽 热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态 的曲面
六个区：三个单相区、三个两相区
水的热力学面
气 固--液
单相区
3
o
3
v"
h'
h" s ' / kJ / s" / kJ / kJ / kg kJ / kg ( kg K ) (kg K )
0.1 2258.2 99.63 0.0010434 1.6946 417.51 2675.7 1.3027 7.3608 1.0 2014.4 179.88 0.0011274 0.19430 762.6 2777.0 2.1382 6.5847 10 1315.8 310.96 0.0014526 0.01800 1408.6 2724.4 3.3616 5.6143
p-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程
一点，二线，三区，五态
p
pc
C a3 b3 c3 d 3 e3 T Tc Tc a2 b2 c2 d 2 e2 Tc
a1 b1
p pc
T
p pc pc
C
c1
d1 e1
A
A B a a a3 1 2
b3 c3 d 3 d2 b2 c2 d1 c1 b1
未饱和水和过热蒸汽表（节录）
p
饱 和 参 数
0.01MPa
ts 45.83
v ' 0.0010102 h ' 191.84 s ' 0.6493 v" 14.676 h" 2584.4 s" 8.1505

08机械热力学第07章 水蒸汽

ttp
ts
c p ≈ 4.1868kJ /(kg K )定值 ql = 4.1868t s h ′ = h0′ + ql = 4.1868ts
s = ∫ cp
Ttp T
dT T = c p ln T Ttp
不太大时， 注： p不太大时，水定压比热为定值 cp=4.1868kJ/kg 不太大时 p较大时，cp变化较大，h0也不为零，要查表。 较大时， 变化较大， 也不为零，要查表。 较大时
p 饱和蒸气 饱和液体 ts
ps=1.01325bar 青藏 ps=0.6bar 高压锅 ps=1.6bar
Ts=100 ℃ Ts=85.95 ℃ Ts=113.32 ℃
三、水的三相点
1. 三相点：固态、液态、汽态三相平衡共存的状态
对水：p tp = 611.659Pa t tp = 0.01。 ； C v tp ’ 0.000 100 21 m3 / kg (液态水) = 很低 1atm = 101 325Pa
液化速度时， 饱和状态。 当汽化速度=液化速度时，系统处于动态平衡——饱和状态。 饱和液体：处于饱和状态的液体； 饱和液体：处于饱和状态的液体； 饱和蒸汽：处于饱和状态的蒸汽； 饱和蒸汽：处于饱和状态的蒸汽； 饱和温度：饱和状态时的温度， 饱和温度：饱和状态时的温度，Ts或ts； 饱和压力：饱和状态时的压力， 饱和压力：饱和状态时的压力，ps (蒸汽压力与密度为对应温度下的最大值 蒸汽压力与密度为对应温度下的最大值) 蒸汽压力与密度为对应温度下的最大值 注：Ts Ps 或 Ts=f(ps), 它们不独立
锅炉、 锅炉、换热器 q = ∆h wt = 0 例：锅炉中，水从30℃ ， 锅炉中，水从 ℃ 4MPa, 定压加热到 定压加热到450 ℃ ts(4MPa)=250.33℃ ℃ q = h2-h1 p
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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
P4 P3 v1 v2 3 v t4 P2 t3 t2 P1 t1 χ =1 χ 2 χ 1 S
上界线（x1）
下界线（x0） 定焓线h 定压线p 定熵线s 定温线t
h c
χ = 0
定比体积线v 定干度线x • h-s图上的一条线表示一个
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。
o
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。 （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。
流体力学
建筑与环境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 。
气体 蒸汽
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。
s x (1 x ) s xs s x ( s s) s x r T
u x h x pv x
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； （4）p1MPa，t179.916℃。 解：（1）查附表，p0.1MPa，ts99.634℃。而t＜ts，
1.
1—2:定压吸热膨胀升温 2—1:定压放热被压缩降温
定压过程
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 换热器进行热交换的过程
q h h 2 h1 u u 2 u1 h2 h1 p v 2 v1
w p ( v 2 v1 )
由式
v x v x ( v v ) 可得干度 v v 0.22 0.0011148 x x 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） 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 气还是湿蒸汽，其余参数也无法确定。
w q u
或
忽略流动阻力等 不可逆因素
wt v d p 0
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
w pdv 0
wt vd p v p1 p 2
q u u 2 u1 h2 h1 p 2 p1 v
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）
水的临界状态
pc22.064MPa
tc373.99℃
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。
（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） （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， 即 v＜v＜v， 故第三种情况为湿蒸汽状态。
沸腾
汽化过程是吸热过程。
基本概念
2. 凝结
——物质由气态转变为液态的过程称为凝结。
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。
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 越强烈。 液体开始沸腾的温度 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。
如在0.1MPa时，水的沸点为 99.634℃，氨的沸点为-32℃
汽化 过热
水预热
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
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
干度x的取值范围为0～1。
mv-湿蒸气中干饱和蒸气的质量 mw-湿蒸气中饱和水的质量
x0 ，饱和液体
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 t<ts v' p p ts vx ts p ts v p t>ts
χ = 1 χ 2
h
P1 1 t1
P2 t2
χ = 1 χ 2
(a)可逆绝热过程
S
2
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
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） 3 膨胀功 w p ( v 2 v1 ) 0 .2 10 1 .22 1 44 （kJ/kg） 热力学能增量 u q w 201 44 157 （kJ/kg）
未饱和水与过热蒸汽表（附表3） 参数右上角加“”表示 饱和液体参数，加“” 表示饱和蒸汽参数 湿蒸汽参数的确定: 注意粗黑线
p p s ， t ts
v x (1 x ) v x v v x ( v v )
h x (1 x ) h x h h x ( h h ) h xr
3.
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
定温过程
q T s 2 s1
u h2 h1 p 2 v 2 p1v1
w q u
w t q h T s 2 s1 h2 h1
4.
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 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
按温度排列（附表1）
饱和水与饱和蒸汽表 按压力排列（附表2）
水蒸气的定压发生过程
未饱和水
t < ts
t = ts
t = ts
t = ts
t > ts v > v’’ h > h’’ s > s’’
饱和水 饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽 过热蒸汽
v < v’ h < h’ s < s’
v = v’ v ’< v <v’’ v = v’’ h = h’ h ’< h <h’’ h = h’’ s = s’ s ’< s <s’’ s = s’’
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。 • 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。