工程热力学与传热学(中文) 第5章 水蒸气和湿空气

第五章 水蒸气和湿空气水蒸气 英文习题1. Volume and energy change during evaporationA mass of 200 g of saturated liquid water is completely vaporized at constant pressure of 100 kPa. Determine (a) the volume change and (b) the amount of energy added to the water.2.Pressureand volume of a mixtureA rigid tank contains 10 kg of water at 90℃. If 8 kg of the water is in the liquid form and rest is in thevapor form. Determine (a) the pressure in the tank and (b) the volume of the tank.3. Properties of saturated liquid-vapor mixtureAn 80-L vessel contains 4 kg of refrigerant-134a at a pressure of 160 kPa. Determine (a) the temperature of the refrigerant, (b) the quality, (c) the enthalpy of the refrigerant, and (d) the volume occupied by the vapor phase.4.Charging of a rigid tankby steamA rigid insulated tank that is initially evacuated is connected through a valve to a supply line that carries steam at 1 MPa and 300℃. Now the valve is opened, and steam is allowed to flow slowly into the tank until the pressure reaches 1 MPa, at which point the valve is closed.Determine the final temperatureFIGURE 5-1FIGURE 5-2FIGURE 5-3FIGURE 5-4of the steam in the tank.湿空气 英文习题1. The amount of water vapor in room air100 kPa A 5-m ×5-m×3-m room shown in Fig.5-1 contains air at 25℃ and at a relative humidity of 75 percent. Determine (a) the partial pressure of dry air, (b) the specific humidity, (c) the enthalpy per unit mass of the dry air,and (d) the masses of the dry air and water vapor in the room.2. Fogging of the windows in a houseIn cold weather, condensation frequently occurs on the inner surfaces of the windows due to the lower air temperatures near the window surface. Consider a house, shown in Fig.5-6, that contains air at 20℃ and 75 percent relative humidity. At what window temperature will themoisture in the air start condensing on the inner surfaces of thewindows?3. The specific and relative humidity of airThe dry and the wet-bulb temperatures of atmospheric air at 1 atm (101.325 kPa) pressure are measured with a sing psychrometer and determined to be 25℃ and 15℃, respectively. Determine (a0 the specific humidity, (b0 the relative humidity, and © the enthalpy of the air.4. Heating and humidification of airAn air-conditioning system is to take in outdoor air at 10℃ and 30 percent relative humidity at a steady rate of 45 m 3/min and to condition it to 25℃ and 60 percent relative humidity. The outdoor air is first then heated to 22℃ in the heating section and humidified by the injection of hot steam in the humidifying section. Assuming the entire process takes place at a pressure of 100 kPa, determine (a) the rate of heat supply in the heating section and (b) the mass flow rate of the steamrequired in the humidifying section.5. Cooling and dehumidification of airAir enters a window air conditioner at 1 atm, 30℃, and 80 percent relative humidity at rate of 10 m 2/min, and it leaves as saturated air at 14℃. Part of the moisture in the air that condenses during the process is also removed at 14℃. Determine the rates of heat and moisture removal from the air.工程热力学与传热学第五章 水蒸气与湿空气 习题FIGURE 5-5FIGURE 5-6FIGURE 5-7习题1.热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安装在热水容器的上面，为什么？2.锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足q=w的关系？为什么？3.有无0℃或低于0℃的蒸汽存在？有无高于400℃的水存在，为什么？4.25MPa的水，是否也象1MPa的水那样经历汽化过程？为什么？5.dh=c p dT适用于任何工质的定压过程，水蒸气定压汽化过程中dT=0，由此得出结论，水定压汽化时dh=c p dT=0，此结论是否正确，为什么？6.试解释湿空气，湿蒸汽，饱和湿空气。

工程热力学与传热学第五章水蒸气与湿空气典型问题分析典型问题一.基本概念分析1临界点时，饱和液体的焓等于干饱和蒸汽的焓。

2某液体的温度为T，若其压力大于T对应的饱和压力，则该液体一定处于未饱和液体状态。

3干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为（）。

4知道了温度和压力，就可以确定水蒸气的状态。

5水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W。

6相对湿度为ϕ=0时，说明空气中完全没有水蒸气。

7相对湿度为ϕ=1时，说明空气中都是水蒸气。

8空气的相对湿度越大，其含湿量越高。

9对未饱和湿空气，露点温度即水蒸气分压力所对应的水的饱和温度。

10pV=nRT公式适用于（1）水蒸气（2）湿空气（3）理想气体。

11湿空气的d一定时，温度越高，其吸湿能力（1）越强（2）越弱（3）相等。

12湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于（1）含湿量（2）相对湿度（3）露点。

13冬季，室内玻璃窗内侧为什么会结霜？14为什么阴天晾衣服不宜干，而晴天易干？15冬季室内供暖，为何要加湿？16霉季时，冷水管的表面常有水滴出现，为什么？二.计算题分析1利用水蒸气表，确定下列各点的状态（1）t=45 ºC, v=0.00100993 m3/kg ;（2）t=200 ºC, x= 0.9 ;（3）p=0.5 MPa, t= 165ºC ;（4）p=0.5 MPa, v=0.545 m3/kg2水蒸气由p1 = 1 MPa , t1 =300ºC可逆绝热膨胀到p2 = 0.1 MPa , 求1kg水蒸气所作的膨胀功和技术功。

3房间的容积为50m3,室内空气温度为30ºC，相对湿度为60%，大气压力为0.1013MPa，求：湿空气的露点温度t d，含湿量d，空气的质量m a，水蒸气质量m v。

一. 基本概念分析解答 1 √；2 √；3 过热蒸汽；4 ╳；5 ╳；6 √；7 ╳；8 ╳；9 √；10 （2）（3）；11 （1）；12（1）；二. 计算题分析解答1. 解：（1）由已知温度，查饱和水与饱和水蒸气表，知：v kg m v ==/00101.03'，确定该状态为饱和水，查饱和水与饱和蒸汽表得： )./(6490.0,/76.191,01.0K kg kJ s kg kJ h MPa p s ===（2）该状态为湿蒸汽，查饱和水与饱和水蒸汽表，得：)./(4312.6),./(3307.2,/47.2792,/34.852''''''K kg kJ s K kg kJ s kg kJ h kg kJ h ====)./(0212.6)./(3307.2)9.01()./(4312.69.0)1(/5.2598/34.852)9.01(/47.27929.0)1(''''''K kg kJ K kg kJ K kg kJ s x xs s kg kJ kg kJ kg kJ h x xh h x x =⨯-+⨯=-+==⨯-+⨯=-+=（3）,867.151,5.0C t MPa p s ︒== 现 ,s t t 所以为过热蒸汽状态，查未饱和水和过热水蒸气表得： )./(8647.6,/2.2767,160,5.0K kg kJ s kg kJ h C t MPa p ==︒==，)./(9160.6,/6.2789,170,5.0K kg kJ s kg kJ h C t MPa p ==︒==，题给出,165C t ︒=故焓和熵可从上面两者之间按线性插值求得：)./(8904.6,/7.2778K kg kJ s kg kJ h ==（4）MPa p 5.0=时，饱和蒸汽的比体积''3'',/37490.0v v kg m v =，所以该状态为过热蒸汽状态，查未饱和水和过热蒸汽表得： )./(5297.7,/9.3104,/54164.0,320,5.03K kg kJ s kg kJ h kg m v C t MPa p ===︒==)./(5643.7,/6.3125,/55115.0,330,5.03K kg kJ s kg kJ h kg m v C t MPa p ===︒==按线性插值求得：)./(5422.7,/4.3112,6.323K kg kJ s kg kJ h C t ==︒=。

一、基本要求严格遵守考试纪律，绝不做任何有作弊嫌疑的动作。

二、考试需要携带的物品相关身份证件、笔、计算器三、复习要点（一）基本概念（红色粗体部分是热力学与传热学最基本的概念，要求掌握其定义、物理意义、表达式、单位）第一章基本概念工质：热能与机械能之间转换的媒介物质。

热源：热容量很大、并且在吸收或放出有限热量时自身温度及其他的热力学参数无明显变化的物体。

热力系统:人为选取的研究对象（空间或工质）。

外界（环境）：系统以外的所有物质。

闭口系统：与外界无物质交换的系统。

开口系统：与外界有物质交换的系统。

绝热系统：与外界无热量交换的系统。

孤立系统：与外界既无热量交换又无物质交换的系统。

平衡状态：在不受外界影响（重力场作用除外）的条件下，工质或系统的状态参数不随时间而变化的状态。

热力状态：工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。

状态参数：压力、温度、比体积、热力学能、焓、熵等。

基本状态参数：压力、温度、比体积压力（Pa ，mmH 2O ，mmHg ，atm, at 换算）：1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665104 Pa1 psi=0.006895MPa温度：处于同一热平衡状态的各个热力系，必定有某一宏观特征彼此相同，用于描述此宏观特征的物理量。

（标志冷热程度的物理量） 比体积：单位质量的工质所占有的体积。

密度：单位体积工质的质量。

ρν=1。

状态公理：对组元一定的闭口系，独立状态参数个数 N =n +1 状态方程式：Ϝ(p ，ν，T)=0。

独立参数数目N =不平衡势差数=能量转换方式的数目=各种功的方式+热量= n +1准平衡过程：系统所经历的每一个状态都无限接近平衡态的过程。

可逆过程：系统经历某一过程后，如果再沿着原路径逆行而回到初始状态，外界也随之恢复到原来的状态，而不留下任何变化。

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。

第一章 基本概念思考题1. 平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什么要引入平衡态的概念？答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。

而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。

可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。

热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。

2. 表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。

若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。

4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？答：准平衡过程（准静态过程）：是指过程中系统所经历的每一个状态都无限接近于平衡状态的过程。

可逆过程：是指当系统完成某一路径后，如果全过程沿相同的路径逆行而能使过程中所涉及的一切（系统，环境）都恢复到原来的状态而不留下任何痕迹，则这一过程即为可逆过程。

准静态过程和可逆过程的着眼点不同：准静态过程只着眼于工质内部的平衡，有无外部的机械摩擦（耗散）对工质内部的平衡并无影响；可逆过程则分析工质与外界作用所产生的总效果。

不仅强调工质内部的平衡，而且要求工质与外界作用可以无条件地逆复，过程进行时不存在任何能量的耗散。

可逆过程是无耗散的准静态过程。

所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。

准平衡过程只注重的是系统内部 而可逆过程是内外兼顾！习题1-1已知大气压力计读数为755 mmHg ，试完成以下计算： （1）表压力为13.6Mpa 时的绝对压力（kPa ）； （2）绝对压力为2.5 bar 时的表压力； （3）真空表读数为700 mmHg 时的绝对压力； （4）绝对压力为0.5 bar 时相应的真空度（mbar ）。

解：kPa bar p b 100.61.00610133.37555==××=−kPa p p p g b 6.137********.100=+=+= kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==−=−= kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==−=−=kPa bar p p p b v 6.50506.05.0006.1==−==−1-4 图1-10所示的圆筒形容器，其直径为450mm ，压力表A 的读数为360kPa ，压力表B 的读数为170kPa ，大气压力为100mmHg 。