水蒸气相变及定压产生过程

第五章水蒸气与湿空气 1 2 一 气化 气化 蒸发 通过液体表面进行的气化现象 可以在任何温度下进行 沸腾 在液体的内部和表面同时发生的剧烈汽化现象 3 冷却塔的原理 需冷却的水在水塔顶部通过管道向下喷洒 另外水塔壁有吹风机 吹风机把空气吹入 而顶部有一个很大的抽风机 把空气抽出塔顶 从而利于气流流动 加速水的降温 4 二 液化1 定义 物质从气态转变为液态的过程叫做液化 也可称为凝结 结论 液化是放热过程 反之 汽化是吸热过程 液化放热实例 1 被100 的水蒸气烫伤比100 的开水烫伤往往要严重得多 水蒸气液化时要放出大量的热 2 冬天手上哈气 口腔中的水蒸气液化放热让手变暖 3 用水壶烧水时壶口上的白气 水蒸气液化成的小水滴 5 饱和状态 汽液两相的分子数保持一定的数量而处于动态平衡状态 饱和压力ps 饱和温度ts 水蒸气 ps 0 101325MPa ts 100 C 三 饱和状态 饱和状态 饱和蒸汽 饱和状态下的蒸汽 饱和水 饱和状态下的水 6 1 水变为蒸汽有两种方法 dp 0 t dt 0 p 2 蒸汽变为水的两种方法 dp 0 t dt 0 p 三 水与水蒸气的相变方法 电厂的举例 给水泵 凝结水泵以及锅炉汽包 7 第二节水蒸气的定压产生过程 8 水的定压加热过程 预热阶段汽化阶段过热阶段 9 水的定压加热过程 湿饱和蒸气 湿蒸气 的干度x mv 湿蒸气中干饱和蒸气的质量 mw 湿蒸气中饱和水的质量 汽化潜热 J kg 10 水的定压加热过程在p v图和T s图上的表示 临界状态 水的临界状态 m3 kg 11 5 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 一般情况下 水蒸气的性质与理想气体差别很大 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的状态参数列成表或绘成线算图 饱和水与饱和蒸气表 分为以温度为序 附录表5 和以压力为序 表6 两种 12 13 未饱和水与过热蒸气表 附录表7 14 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 即 p 611 7Pa v 0 00100021m3 kg T 273 16K u 0kJ kg s 0kJ kg K 湿蒸汽的状态参数 1kg湿蒸汽是由xkg干蒸汽和 1 x kg饱和水混合而成 注意单位 15 5 3水蒸气的基本热力过程 分析目的 分析步骤 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 1 根据给定条件 在水蒸气表中查出初态的其它参数值 2 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 3 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 16 定容过程 17 定温过程 18 定压过程 19 定熵过程 在热工计算中 遇到最多的是水蒸气的定压过程 如锅炉中水蒸气的产生与冷凝器中水蒸气的凝结 和绝热过程 蒸汽机或汽轮机中水蒸气的膨胀作功过程 20 e g P1115 1 5 4 作业 P1265 1 5 4 21 5 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 22 1 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1 3 23 2 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1 2 结霜 24 3 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 25 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 26 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 27 4 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 28 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 29 5 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 30 6 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 31 32 5 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 33 在焓 湿图中湿空气的加热过程如1 2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2 3所示 34 2 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 35 5 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tw 36 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