热工与流体力学基础 教学课件 作者 蒋祖星 第九章　水蒸气与湿空气.ppt

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1、第九章　水蒸气与湿空气第一节　水蒸气的饱和状态第二节　水的定压加热汽化过程第三节　水蒸气的表和图第四节　理想混合气体的性质第五节　湿空气的基本概念第六节　湿空气的参数与h-d图第七节　湿空气的典型过程第一节　水蒸气的饱和状态一、液体的汽化由液态物质转变为气态物质的过程称为汽化。反之，由气态物质转变为液态物质的过程称为液化或凝结。液体的汽化有两种不同的方式：蒸发和沸腾。二、饱和温度和饱和压力下面从分子运动论的观点，对蒸发现象的物理本质作必要的阐述，从而建立饱和温度和饱和压力的概念。图9-1　饱和状态第二节　水的定压加热

2、汽化过程一、水的定压加热汽化过程分析工程上所用的水蒸气通常是由水在锅炉内定压沸腾产生的。为了方便说明，假设水是在气缸内进行定压加热，气缸活塞上加载不同的重物，可使水处于各种不同的压力下。1.预热阶段第二节　水的定压加热汽化过程温度低于相应压力p下的饱和温度的水称为过冷水（或称未饱和水），如图9⁃2中（1）所示，其温度与相应压力p下的饱和温度的差值称为过冷度Δtw，即Δtw=ts-t。过冷度反映了过冷水距离饱和状态的远近。对过冷水加热，水温逐渐升高，水的比体积v稍有增大，焓h增大，熵s增大。当水温达到压力p所对应的饱和

3、温度ts时，这时水将开始沸腾，称为饱和水，其参数分别为p、tS、v′、h′、s′,如图9⁃2中（2）所示。水在定压下从未饱和状态加热至饱和状态的过程称为预热阶段，相当于锅炉中预热器内水的定压预热过程。第二节　水的定压加热汽化过程图9-2　水的定压加热汽化过程2.汽化阶段第二节　水的定压加热汽化过程将预热到饱和温度ts的水继续加热，水开始沸腾并逐渐变为蒸汽。这时饱和压力ps不变，饱和温度ts也不变。这种蒸汽和水的共存状态称为湿饱和蒸汽（简称湿蒸汽），如图9⁃2中（3）所示。随着加热过程的继续进行，水逐渐减少，蒸汽逐渐增

4、多，直到水全部变成蒸汽，这时的蒸汽称为饱和蒸汽，其参数分别为p、ts、v″、h″、s″,如图9⁃2中（4）所示。由饱和水定压加热为饱和蒸汽的过程称为汽化阶段，这一阶段相当于锅炉蒸发器内水的吸热汽化过程。此定压过程中，温度ts保持不变，比体积v随蒸汽的增多而由v′增大直至v″，焓由h′增大至h″，熵s由s′增大至s″。其加入的热量用来转变为蒸汽分子的位能和体积增加对外做的膨胀功，但汽、液分子的平均动能不变，温度不变。第二节　水的定压加热汽化过程汽化阶段加入的热量称为汽化潜热，单位质量物质的汽化潜热称为比潜热，用符号γ来

5、表示，单位为kJ/kg。3.过热阶段对饱和蒸汽继续定压加热，将使蒸汽温度升高，比体积增大，这时的蒸汽称为过热蒸汽，如图9⁃2中（5）所示。其温度与饱和温度的差值称为过热度D，即D=t-ts。过热度反映了过热蒸汽距离饱和状态的远近。将蒸汽在定压下从饱和状态加热到过热状态的过程称为过热阶段。显热随着蒸汽过热度的增加而增大，v、h、s也继续增大。这一阶段相当于蒸汽在锅炉过热器中的定压加热过程。二、水蒸气的p-v图和T-s图第二节　水的定压加热汽化过程上述过程中，水及水蒸气经历了未饱和水、饱和水、湿蒸汽、饱和蒸汽及过热蒸汽五

6、种状态，为进一步分析水在定压下加热为蒸汽的全部过程，下面用p⁃v图和T⁃s图来表示上述过程中状态参数的变化。图9-3　水蒸气p-v图第二节　水的定压加热汽化过程三、水定压加热汽化过程的能量分析1.预热阶段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

7、三节　水蒸气的表和图一、水蒸气表及其状态的确定由于工程计算中往往不需要确定水蒸气u、h、s的绝对值，只需要确定它们的变化量。因此，可任意选择一个基准点。按国际水蒸气会议的规定，水蒸气热力性质表和图是以处于三相点的液相水为基准点编制的。水的三相点参数为p=611．2Pa，v=0．00100022m3/kg，T=273．16K。在此状态液相水的热力学能和熵被规定为零，而焓值为h′0．01=u′0．01+pv=，工程上视其为零。(1)饱和水与饱和蒸汽表　为了使用方便，饱和水与饱和水蒸气表有两种编排形式，即以温度为变数排列和

8、以压力为变数排列，见附录A-1和附录A-2。(2)未饱和水与过热蒸汽表　未饱和水与过热蒸汽的参数并列在同一表中，见附录A-3。第三节　水蒸气的表和图(3)湿蒸汽状态参数的确定　在水和水蒸气的五种状态中，利用上述水和水蒸气的性质表可直接确定未饱和水、饱和水、饱和蒸汽和过热蒸汽的状态参数。第三节　水蒸气的表和图图9-5　干度的几何意义第三节　水蒸气