水蒸气与湿空气.ppt

第五章 水蒸气与湿空气,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。,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。,主要内容：（1）水蒸气的产生过程； （2）水蒸气的热力性质，参数计算； （3）基本热力过程； （4）热力性质图表的结构与应用。,51 水蒸气的产生过程,一. 一些基本概念,1. 汽化 (vaporation) ：,物质从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) ：,物质有气态转变为液态的过程。,3. 蒸发 (boil-off) ：,液体表面缓慢进行的汽化现象,特点：任何温度下，都可进行蒸发。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。,4. 沸腾 (boiling) :,液体内部进行的激烈的汽化现象。,特点：在一定压力下，沸腾时的温度是一定的。,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) ：,气液两相动态平衡的状态。,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，一一对应关系。,6. 湿饱和蒸汽 (wet vapor)：,是蒸汽与其液体的混合物，二者处于两相平衡。,干饱和蒸汽：,不含液体的饱和蒸汽。,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。,10. 汽化潜热 (latent heat) ：,二. 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。 设汽缸中有1kg，温度0C，压力p的水，水面上有一个可以移动的活塞，施加一定压力（不同实验序号下维持恒定压力），容器底部对水加热。,1. 定压加热分三个阶段,(1) 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：v，h，s,(2) 饱和水定压汽化,饱和水,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,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”,参数： ps，ts ，v，h，s,干度 (quality) ：湿蒸汽中所含有的干饱和蒸汽的 质量分数。,（3）干蒸汽定压过热,干饱和蒸汽,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,过热度 t,2. 水蒸气定压形成时的五个状态,未饱和水（过冷水）状态,饱和水状态,湿饱和蒸汽状态,干饱和蒸汽状态,过热蒸汽,3. 水蒸气定压形成的三个阶段的能量关系,（1）未饱和水的定压预热阶段,吸收热量可用焓差表示,（2）饱和水的定压（定温）汽化阶段,用比汽化潜热表示：,或用熵来计算汽化潜热：,干度 x ：a：表示湿蒸汽的干燥程度； b：饱和水 x=0，干饱和蒸汽 x =1; c；气轮机运行时，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 (heat of superheating) 用焓差表示：,综上所述： 过热蒸汽的总热量把1kg，0C的水定压 加热成 tC的过热蒸汽所需的热量。,三. 水蒸气形成过程的p-v图和T-s图,1. 定压过程p-v图和T-s图表示,p,v,a b c d e,预热,汽化,过热,v v vx v” v,T,s,a,b c d,e,s s”,2. 不同压力下水蒸气的定压产生过程,1 点,临界点 (critical point ),2 线,下临界线 (saturation liquid line )： 不同压力下饱和水状态,上临界线( saturation vapor line )： 不同压力下干饱和蒸汽态,3 区,液相区 (liquid region )， 汽液两相区( liquid-vapor region )，汽相区 9(vapor region ),5 态,未饱和水，饱和水，湿蒸汽， 干饱和蒸汽，过热蒸汽,52 水蒸气的状态参数,比较：理想气体和实际气体,零点的规定： 选择水的三相点的液相水为基准点，且 该状态下，液相水的热力学能和熵为零。,二. 水与水蒸气表 (steam tables for water ),两种：饱和水和饱和蒸汽表 （附表5，6） 未饱和水和过热蒸汽表（附表7）,饱和水和饱和蒸汽表 以温度为序； 以压力为序。,2. 未饱和水和过热蒸汽表,表中粗黑线上方：未饱和水参数 下方：过热蒸汽参数,例：利用水蒸气表，确定下列各点的状态 （1） t=45.8C, v=0.00101m3/kg ; ( 2 ) t=200C, x=0.9 ; ( 3 ) p=0.5Mpa, t=165C ; ( 4 ) p=0.5Mpa, v=0.545m3/kg,53 水蒸气的基本热力过程,1. 水蒸气的基本热力过程： 定容，定压，定温和定熵过程,求解任务： （1）初，终态参数； （2）过程中热量和功量。,求解方法： 查表，图，专用方程用计算机计算,求解原理：热力学第一定律； 可逆过程关系式。,求解步骤 （1）根据初态的两个参数，从表或图查出其它 初态参数； （2）根据过程特征及一个终态参数确定终态， 再查表确定其它终态参数； （3）根据初，终态参数计算q , u , w 。,例： 水蒸气由p1 = 1 Mpa , t1 =300C 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。,54 湿空气,湿空气 ：是指含有水蒸气的空气。,干空气：是指完全不含水蒸气的空气。,湿空气的特点：,（1）湿空气可以看成理想气体混合物； 水蒸气分压力很小，多处过热状态，v较大。,（2）湿空气遵守道尔顿分压力定律； p = pv + pa,（3）湿空气是定组元，变成分的混合气体。,干空气的含量在过程中恒定不变； 水蒸气含量或成分会变化。,一. 未饱和湿空气和饱和湿空气,空气中水蒸气的含量不同即分压力有高低,(一) 未饱和湿空气： 1. 由干空气和过热蒸气所组成的混合气体。,分析： 设：湿空气温度T（恒定）( ps)，水蒸气分压力pv。,（1）p v p s , 湿空气中水蒸气处于过热状态（图示）,（2）未饱和可理解为：水蒸汽的分压力尚未达到湿 蒸汽温度下的饱和压力。,（3）在该温度下，湿空气中水蒸气含量尚未达到最大值，湿空气尚未饱和。湿空气中液态水还可以蒸发，还具有吸收水分的能力。,（4）若想使过热蒸汽干饱和蒸汽,在t一定时，增加水蒸气含量，使pv不断增 大。当pv = ps (T) ，空气中水蒸气达到饱和，不 再具有吸收水分的能力。,A,C,P,V,B,D,A,C,PS,PV,B,(二) . 饱和湿空气,1. 由干饱和蒸汽和干空气所组成的混合气体,分析： （1）“饱和”的含义可理解：pv =pv max = ps (T)，水蒸 气分压力达到最大值。,（2）在该温度下，湿空气不可能再吸收水分，达 到饱和。,二 . 露点,分析 ：如何将未饱和湿空气饱和湿空气,法1：在湿空气温度t一定时，增大水蒸气含量，即增加湿空气中水蒸气分压力 pv =pvmax =ps (T) , A C。,法2：保持水蒸气含量不变（pv)不变，降低湿空气温度 T=TS （PV ），AB。,结露： 对饱和湿空气继续冷却降温，则其中的部分水 蒸气将凝结为水，出现结露。,露点温度： 湿空气中水蒸气的分压力pv 所对应的饱和温度。,说明（1）T d = f ( pv )；可查表。 （2）达到露点温度后继续冷却，部分水蒸气 将会凝结为水析出。,（3）若Td 0C , 就会出现结霜。,三. 相对湿度和含湿量,湿空气的湿度湿空气中水蒸气的含量。,1. 绝对湿度：,（1）定义：1m3的湿空气