《工程热力学》课件-四、水蒸气与湿空气

1.水蒸气的基本概念一个习惯水蒸气？水蒸汽？蒸气？蒸汽？问题讨论举例生活中应用的水蒸气010203掌握汽化的概念及方式掌握物质饱和状态的概念理解水的状态变化课程要求水蒸气的基本概念是其它实际气体的代表18世纪，蒸汽机发明，是唯一工质直到内燃机发明，才有燃气工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质优点:便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好水蒸气在空气中含量极小，当作理想气体一般情况下，为实际气体，使用图表水蒸气的基本概念1汽化和液化

物质的形态在一定条件下可以相互转变。物质由液态转变为气态的现象称为汽化。相反，物质由气态转变为液态的现象称为液化（也称凝结）。实际上，在密闭容器内进行的汽化过程，总是伴随着液化过程同时进行。水蒸气的基本概念1汽化和液化

由于液面某些动能较大的液体分子克服了邻近分子的引力，脱离液面逸入空间而形成蒸汽。

温度愈高，液面愈大，液面上空的分子愈稀，则汽化愈快。

蒸汽分子在杂乱运动中，也会撞回液面而成为液体，这就是液化。

液面上空蒸汽密度愈大，撞回液面的分子数就愈多，即液面上蒸汽的压力愈大，液化愈快。汽化液化微观机理上问题讨论吹风扇的时候为什么会感觉凉快？水蒸气的基本概念2汽化方式1）蒸发;-—在液体表面进行的汽化现象。特点:它能在任何温度下进行;液体的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的流速。如电厂冷却塔中冷却水的蒸发。水蒸气的基本概念2汽化方式2）沸腾;——在液体内部进行的汽化现象。特点:有汽泡产生;工业上大都用此方法获得蒸汽。在一定的压力下，液体沸腾时的温度是一定的。如:在1atm下，水的沸点是100℃，而在1MPa时水的沸点为179.88℃,在20MPa时水的沸点为365.71℃。水蒸气的基本概念3总结汽化12蒸发沸腾任何温度下发生。温度愈高，液面愈大，液面上空的气流流速越快，则蒸发愈快。通过蒸发表面积，利用风机的强迫通风提高蒸发气流的流速等措施来提高蒸发速度，提高冷却塔的工作效率。在一定温度下，在液体内部剧烈进行的汽化现象。工业上一般都是靠液体的沸腾来产生蒸汽，在给定的压力下，沸腾只能在一个相应确定的温度下发生，这一温度成为给定压力所对应的饱和温度。冷却塔课堂练习【单选题】蒸发就是指（

）。A

从液态物质转变为气态物质的过程B

从气态物质转变为液态物质的过程C

在液体表面发生的汽化现象D

在液体内部发生的剧烈的汽化现象C【判断题】沸腾在水的任何温度下都能发生。错误水蒸气的基本概念蒸发和沸腾的比较发生位置发生条件发生现象发生速度蒸发沸腾表面内部任何温度饱和温度（沸点）无气泡有气泡慢快水蒸气的基本概念4

饱和状态将一定量的水置于密闭容器中，当汽化速度等于液化速度时，若没有外界作用，则汽液两相将处于不会发生变化的动态平衡，此两相平衡的状态即为饱和状态。水完全真空水水蒸气汽化速度最大，液化速度为零汽化速度等于液化速度水蒸气的基本概念饱和状态将一定量的水置于密闭容器中，当汽化速度等于液化速度时，若没有外界作用，则汽液两相将处于不会发生变化的动态平衡，此两相平衡的状态即为饱和状态。饱和状态下的蒸汽——饱和蒸汽这时的液体——饱和水饱和蒸汽和饱和水的混合物——湿饱和蒸汽饱和状态时蒸汽（或饱和水）的压力——饱和压力ps饱和状态时蒸汽（或饱和水）的温度——饱和温度ts4

饱和状态水蒸气的基本概念饱和状态时蒸汽（或饱和水）的压力和温度分别称为饱和压力ps和饱和温度ts。饱和压力与饱和温度一一对应，且同向变化。使水汽化的方法：加热升温；降压扩容。4

饱和状态水水蒸气水蒸气的基本概念2）汽水同温3）饱和压力Ps与饱和温度ts一一对应，且同向变化。1）汽水共存5

饱和状态的特点（汽、液两相达到动态平衡的状态）饱和水饱和蒸汽水蒸气的基本概念对应于某一压力ps时水的饱和温度为ts。若此压力ps下水的温度t＝ts，此时的水为饱和水；6

水的状态（1）温度等于饱和温度t=ts水蒸气的基本概念水尚未达到饱和状态，称为未饱和水或过冷水，其温度低于饱和温度的数值称为过冷度，以△t表示，△t＝ts－t，过冷度越高，表示未饱和水偏离饱和状态越远；6

水的状态（2）温度小于饱和温度t<ts水蒸气的基本概念水已变为气态，称为过热蒸汽或未饱和蒸汽，其温度超过饱和温度的数值称为过热度，以△t表示，△t＝t－ts，过热度越高，表示蒸汽偏离饱和状态越远。6

水的状态（3）温度高于饱和温度t>ts水蒸气的基本概念给水泵，凝结水泵汽蚀现象入口处水的压力降低到了水温度对应的饱和压力而使水汽化。汽包虚假水位变工况下汽包压力瞬时突升或突降，使得汽水瞬时凝结或汽化，水体积收缩或膨胀而引起的。汽包水位计课外科普宇宙的终点是什么？【趣味科普】时间是什么？古代人是如何计时的？【100秒】带你了解古人都是如何计算时间的为什么手指在水里泡久了会变皱？一个瓶子一些石头一些沙子就能讲出一个人生道理2.水蒸气的状态参数、湿空气水蒸气的定压产生过程tststst>tst<ts未饱和水饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽预热阶段汽化阶段过热阶段三个阶段五种状态水蒸气的定压产生过程tststs饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽汽化阶段2饱和水到干饱和蒸汽的汽化阶段：干度：湿饱和蒸汽中干饱和蒸汽的质量份额。0<x<1我们也可以认为：饱和水：

x=0干饱和蒸汽：x=1特点：温度t→比体积v焓h热力学能u熵s水蒸气的定压产生过程(1)内位能

(内动能不变，ts不变)，内汽化潜热。(2)容积增加,膨胀作功,

外汽化潜热。实例:汽化阶段，锅炉水冷壁中进行。汽化阶段温度ts不变，热量包含：汽化潜热：1kg饱和水在定压条件下加热成干饱和蒸汽所吸收的热量。tststs饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽汽化阶段2饱和水到干饱和蒸汽的汽化阶段：水蒸气的坐标图C2010C1020pvTsⅠⅢⅢⅠⅡⅡ一点:临界点两线:饱和水线干饱和蒸汽线三区:未饱和水区湿饱和蒸汽区过热蒸汽区五态:未饱和水饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽4水蒸气的p－v图和T－s图010203掌握通过水蒸气热力性质表确定状态参数的方法掌握通过焓熵图确定状态参数的方法理解湿空气及露点温度的概念课程要求思考问题饱和温度与饱和压力是一一对应且同向变化。饱和压力降低饱和温度也降低，当压力低至几kPa时，饱和温度只有二三十度，水在二三十度就沸腾了。故沸腾状态下的水不一定烫手。思考题5-8处于沸腾状态的水总是烫手的，这种说法是否正确？为什么？思考有没有办法使水结冰的同时沸腾呢?水和水蒸气的热力性质表基准点：水的三相点时液相水的热力学能和熵值为零1）饱和水和干饱和蒸汽热力性质表①可直接查取饱和水的参数和干饱和蒸汽的参数附表A12以温度为自变量；附表A13以压力为自变量。饱和水参数饱和蒸汽参数p10t200水和水蒸气的热力性质表【例5-5】给水泵进口水温为160℃，为了防止水泵入口水汽化，压力表读数至少应大于多少，取大气压力pb=0.1X106Pa解：由饱和水和饱和蒸汽表查得t=160℃，ps=0.61804MPa时，为防止水泵入口汽化，此时水的压力p≥0.61804MPa由p=pg+pb得，pg=p-pb=0.51804MPa因此压力表示数至少应大于0.51804MPa水和水蒸气的热力性质表线性插值法求非常规点解:（注意:查表时先要确定工质状态是五态中的哪一态!)已知:除氧器内ts=104℃，求p=?查饱和水蒸汽表（按温度排列)，可得ts1=100℃时,p1=0.101325MPa;ts2=110℃时,p2=0.14326MPa.采用线性插值法，可求得ts=104℃时:

水和水蒸气的热力性质表基准点：水的三相点时液相水的热力学能和熵值为零2）未饱和水和过热蒸汽热力性质表①根据压力和温度两个参数查取未饱和水或过热蒸汽的参数附表A14以温度、压力为自变量t200p1Mpa粗黑线上方是未饱和水的参数粗黑线下方是过热蒸汽的参数水和水蒸气的热力性质表【例5-3】确定以下各点的状态：（1）p=0.1MPa，t=110℃；（2）p=1MPa，v=0.1m³/kg解：（1）由饱和水和饱和蒸汽表查得p=0.1MPa时，ts=99.63℃由t=110℃>99.63℃,可知该状态为过热蒸汽（2）由饱和水和饱和蒸汽表查得由v’=0.011274m³/kg<v=0.1m³/kg<v’’=0.19430m³/kg可知该状态为湿蒸汽p=1MPa时，v’=0.011274m³/kg，v’’=0.19430m³/kg课堂练习【单选题】要确定饱和蒸汽的参数,除了知道其温度外,还必须知道其（

）。A

压力B

过热度C

干度D

不再需要D【单选题】要确定未饱和水的参数,除了知道其压力外,还必须知道其（

）。A

温度B

温升C

干度D

过冷度A水蒸气的焓-熵图水蒸气的焓-熵图水蒸气的焓-熵图水蒸气的焓-熵图水蒸气的焓-熵图水蒸气的焓-熵图水蒸气的焓-熵图平坦。水蒸气的焓-熵图水蒸气的焓-熵图水蒸气的焓-熵图水蒸气的焓-熵图水蒸气的焓-熵图湿空气干空气－不含水蒸气的空气湿空气－含水蒸气的空气

湿空气＝干空气＋水蒸气1干空气与湿空气未饱和湿空气:水蒸气的分压力p<ps，则水蒸气处于过热状态，这种由干空气和过热水蒸气组成的湿空气，称为未饱和湿空气。饱和湿空气:由干空气和饱和水蒸气组成的湿空气。湿空气2露点温度结露和露点:湿空气在定压下降温到与水蒸汽分压力相对应的饱和温度时，所出现的冷凝现象称为结露，此时的温度称为露点。回南天湿空气2露点温度vTsp11状态1为未饱和湿空气状态2为饱和湿空气露点p

v2p

v2露点温度即湿空气中水蒸气分压力pv对应的饱和温度湿空气3露点温度在工程上的意义①露点的测定可以预报是否有霜冻出现。湿空气中水蒸气含量越少，则其分压力越低，露点也越低。如果露点低于0℃，水蒸气就直接凝结成霜。②露点温度的高低可以说明湿空气的潮湿程度。湿空气温度一定时，露点温度越高说明湿空气中水蒸气的分压力越高，即水蒸气含量越多，则湿空气越潮湿。③露点温度对火电厂锅炉的设计和运行有重要的实际意义。锅炉尾部受热面省煤器和空预器的堵灰及腐蚀与露点温度有很大关系。课后巩固作业：已知:p=1MPa,试确定t=100℃，200℃时各处于哪个状态,各自h是多少?课外科普发电厂锅炉长啥样一个瓶子一些石头一些沙子就能讲出一个人生道理水蒸气的坐标图思考题5-3为什么随着工质压力升高汽包锅炉会由自然循环变为强制循环？因为自然循环汽包锅炉的循环动力来自饱和水和干饱和蒸汽在水冷壁中的密度差产生的浮升力推动流动，随着压力升高，饱和水和干饱和蒸汽状态越来越近，密度差越来越小，浮升力越来越小，循环动力越来越小，因此随着工质压力升高汽包锅炉会采用在下联箱处加泵来推动流动，形成强制循环。水蒸气的坐标图思考题5-3为什么随着工质压力升高汽包锅炉会由自然循环变为强制循环？水蒸气的坐标图思考题5-7：因为超临界机组的参数压力大于临界压力，在锅炉的吸热过程中由水向过热蒸汽的转化时没有汽化过程，饱和水和干饱和蒸汽状态相同，不存在汽水分离过程，而汽包的作用是进行饱和水和干饱和蒸汽的分离，故超临界机组的锅炉不存在汽包。水蒸气的坐标图饱和温度与饱和压力是一一对应且同向变化。饱和压力降低饱和温度也降低，当压力低至几kPa时，饱和温度只有二三十度，水在二三十度就沸腾了。故沸腾状态下的水不一定烫手。思考题5-8处于沸腾状态的水总是烫手的，这种说法是否正确？为什么？没有400℃度的水，因为临界温度tc是最高