工程熱力學(xué) 五水蒸氣和濕空氣

1、重點(diǎn)內(nèi)容重點(diǎn)內(nèi)容 了解實(shí)際氣體熱力性質(zhì)的基本特 點(diǎn)；尤其是與理想氣體的區(qū)別所在； 熟練應(yīng)用水蒸汽表確定水蒸汽的 熱力性質(zhì)。 第五章第五章 水蒸汽與濕空氣水蒸汽與濕空氣 水蒸汽在工程應(yīng)用中，常處于離液態(tài)不 遠(yuǎn)的狀態(tài)，是一種實(shí)際氣體。 本章將以水蒸汽為例，說明基本熱力過本章將以水蒸汽為例，說明基本熱力過 程分析的基本方法。程分析的基本方法。 1 水蒸汽的定壓發(fā)生過程 一一. .水蒸汽的圖和圖水蒸汽的圖和圖 二二. .水蒸汽的定壓發(fā)生過程水蒸汽的定壓發(fā)生過程 一一. .水蒸汽的圖和圖水蒸汽的圖和圖 一點(diǎn)、兩線、三區(qū)、五態(tài)一點(diǎn)、兩線、三區(qū)、五態(tài) 一點(diǎn)：臨界狀態(tài)（臨界狀態(tài)（Critical StateC

2、ritical State） 處于臨界狀態(tài)時(shí)飽和液體和干飽和蒸汽 不分而處于同一狀態(tài)，并有確定的狀態(tài)參 數(shù)值。 兩線：飽和液體線、干飽和蒸汽線飽和液體線、干飽和蒸汽線 飽和水線隨著壓力或溫度的升高，比容 增大。這是因?yàn)樗軣崤蛎浀挠绊懘笥谝?壓力升高被壓縮的影響。 干飽和蒸汽線隨著壓力或溫度的升高，比 容減小。這是因?yàn)樗羝軣崤蛎浀挠绊?小于因壓力升高被壓縮的影響。 三區(qū)：三區(qū)：未飽和液體區(qū)、飽和濕蒸汽區(qū)、過未飽和液體區(qū)、飽和濕蒸汽區(qū)、過 熱蒸汽區(qū)熱蒸汽區(qū) 其中飽和濕蒸汽區(qū)隨著壓力的升高， 該區(qū)域減小，即汽化或凝結(jié)過程將縮短。 五態(tài)：五態(tài)：未飽和液體、飽和液體、濕飽和蒸未飽和液體、飽和液體、

3、濕飽和蒸 汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽 其中同為飽和狀態(tài)的三個(gè)狀態(tài)（飽和 液體、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽）具有 相同的壓力和溫度。 飽和狀態(tài)的確定飽和狀態(tài)的確定 飽和液體、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽均 為飽和狀態(tài)，具有相同的壓力和溫度， 所以汽化或液化過程為定壓定溫過程， 區(qū)分三者的狀態(tài)只靠溫度和壓力是不夠 的，需要另外一個(gè)狀態(tài)參數(shù)如焓、熵、 比容等，但常用的是干度。 干度x=mv/m。顯然x=0為飽和液體；x=1 為干飽和蒸汽，而0 x1為濕飽和蒸汽。 對于非飽和狀態(tài)如未飽和液體和過熱蒸 汽干度沒有物理意義。 注意注意 以上是以水為例得到的一些結(jié)論，對于 其它工質(zhì)，如氨、氟利昂

4、、汞等，亦可 獲得類似的結(jié)果，但其臨界參數(shù)值、飽 和蒸汽壓曲線，以及圖和 圖上各曲線的斜率等均與水不同。 對于理想氣體不可能存在相變過程。 二二. .水蒸汽的定壓發(fā)生過程水蒸汽的定壓發(fā)生過程 對未飽和水在某一確定的壓力下加熱， 直至產(chǎn)生過熱蒸汽的過程。包括以下三 個(gè)過程。 未飽和水的預(yù)熱過程未飽和水的預(yù)熱過程 l需要吸熱，p不變，v增加，t增大 (ts，即處于過熱蒸汽狀態(tài) 利用過熱蒸汽表時(shí) t=300 ， v=0.2580m3/kg，h=3051.3kJ/kg t=400 ， v=0.3066m3/kg，h=3264.0kJ/kg h=3051.3+(320-300)/(400-300)(32

5、64.0- 3051.3)=3093.8kJ/kg v=0.2580+(320-300)/(400-300)(0.3066- 0.2580)=0.2677m3/kg u=h-pv=3093.8-(106*0.2677)*10-3 =2826.1kJ/kg 例題例題 確定水蒸汽確定水蒸汽260260、 0.90.9飽和濕蒸汽的內(nèi)能及熵的數(shù)值。飽和濕蒸汽的內(nèi)能及熵的數(shù)值。 解顯然屬于飽和狀態(tài)，可利用按溫度排 列的飽和表 vxxv0.9*0.04212=0.03791m3/kg hx=h+x(h“-h)=1135.0+0.9(2795.2- 1135.0)=2629.2 kJ/kg sx=s+x(s

6、“-s)=2.8850+0.9(5.9989- 2.8850)=5.6875 kJ/kgK ux=hx-pxvx=2629.2- (4.6940*106*0.03791)*10-3=2451.3 kJ/kg 例題例題 確定水蒸汽確定水蒸汽p=0.01MPap=0.01MPa， h h1 12490kJ/kg2490kJ/kg及及h h2 22780kJ/kg2780kJ/kg 時(shí)的溫度及比容。時(shí)的溫度及比容。 解查按壓力排列的飽和表 0.01時(shí) h=191.84kJ/kg, h=2584.4kJ/kg 因?yàn)?hh1=2490h 所以狀態(tài)處于飽和濕蒸汽狀態(tài)，而狀 態(tài)處于過熱蒸汽狀態(tài)。 對于狀態(tài)，

7、關(guān)鍵在于確定干度 查按壓力排列的飽和表t1=ts=45.83 x1(h1-h)/(h-h) (2490-191.84)/(2584.4-191.84)0.961 v1 x1v0.96114.67614.104 m3/kg 對于狀態(tài)，查過熱蒸汽表 p0.01MPat=140 時(shí) v=19.05m3/kg, h=2763.6kJ/kg p0.01MPa t=160 時(shí), v=19.98m3/kg, h=2802.0kJ/kg t2=140+(2780-2763.6)/(2802.0- 2763.6)(160-140)=148.5 v2=19.05+(2780-2763.6)/(2802.0- 27

8、63.6)(19.98-19.05)=19.48m3/kg 二二. .水蒸汽圖水蒸汽圖 利用水蒸汽表確定水蒸汽的性質(zhì)，多數(shù) 情況下需要插值，較為麻煩，因而工程 上也常應(yīng)用水蒸汽圖。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 定干度線 定壓線 斜率為 飽和濕蒸汽區(qū)直線 過熱蒸汽區(qū)斜率隨溫度逐漸增加的曲 線。 T p s h 定溫線飽和濕蒸汽區(qū)等溫線與等壓 線重合，代表s和s 定容線 定焓線 定熵線 工程上一般取0.6部分，見附圖。 注意：定焓線和定熵線的分度分別 為 lmm4kJ/kg，mm0.01kJ/kgK pv s h s h 例題例題 確定確定0.10.1， 200200時(shí)水蒸汽比容、焓、熵及內(nèi)能時(shí)水蒸汽比容、焓、熵及

9、內(nèi)能。 解0.1的定壓線和200 的定溫線的交點(diǎn)即為水蒸汽所處狀態(tài) （為過熱蒸汽），再讀出經(jīng)過該點(diǎn)的定 容線、定焓線及定熵線分別確定出： 2.2m3/kg7.85kJ/kgk 28742800+4*18.5kJ/kg h-pv=2874-(0.1*106*2.2)*10-3 =2654?kJ/kg 例題 p0.1，0.92時(shí)水 蒸汽的溫度和焓。 解， kk 例題 確定t=120，h=2400kJ/kg時(shí) 水蒸汽的壓力、干度和比容。 解t=120的定溫線與h=2400kJ/kg的 定焓線在過熱蒸汽區(qū)域沒有交點(diǎn)，但在 濕蒸汽區(qū)域由于定壓線就是定溫線，所 以濕蒸汽區(qū)域內(nèi)通過t=120的定溫線與 干飽

10、和蒸汽線(x=1等干度線)交點(diǎn)的定壓 線(p=0.2MPa)即為t=120的定溫線與 2400kJ/kg的定焓線有相交點(diǎn)。 壓力為p0.2，比容為0.75 m3/kg 干度為0.858 5-35-3 水蒸汽的基本熱力過程水蒸汽的基本熱力過程 水蒸汽基本熱力過程的分析及熱力計(jì)算 任務(wù)和步驟與理想氣體基本相同。但應(yīng) 注意水蒸汽是實(shí)際氣體，一些僅適用于 理想氣體的計(jì)算公式如 一.研究方法及步驟 二.水蒸汽基本熱力過程分析及計(jì)算 三.舉例 pv、vnConst、c 顯然就不適用了，而只能利用水蒸汽圖 表來計(jì)算。 但對于不可逆過程， 12或t12 仍適用。 一.研究方法及步驟 用蒸汽表由初態(tài)的兩個(gè)已知參

11、數(shù)求其 他參數(shù)； 根據(jù)過程的性質(zhì)及一個(gè)終態(tài)參數(shù)確定 其他終態(tài)參數(shù)，并在圖上表示出 過程進(jìn)行的方向和終態(tài)位置； 應(yīng)用能量方程計(jì)算和。 二.水蒸汽基本熱力過程分析及計(jì)算 水蒸汽基本熱力過程分析及計(jì)算過程表水蒸汽基本熱力過程分析及計(jì)算過程表 定壓過程定壓過程 定容過程定容過程 定溫過程定溫過程 可逆絕熱過程可逆絕熱過程 h-s圖 圖1 圖2 圖3 圖4 p v T u 查表查表 查表查表 h q與wq=h2-h1 q=u2-u1q=T(s2-s1) q=0 w=p(v2-v1) w=0 w=q-(u2-u1) w=u1-u2 ws=h1-h2 不能使用的公式：不能使用的公式： 定壓過程：定壓過程：

12、v2/v1=T2/T1 u=Cv(T2-T1) h=Cp(T2-T1) 定容過程：定容過程： p2/p1=T2/T1 u=Cv(T2-T1) h=Cp(T2-T1) 定溫過程：定溫過程： p2v2=p1/v1 u=0 h=0 可逆絕熱過程：可逆絕熱過程： T2/T1=(p2/p1)(k-1)/k u=Cv(T2-T1) h=Cp(T2-T1) 三.舉例 例題 135 例4 解為開 口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài) 穩(wěn)流過程， 飽和濕蒸汽 經(jīng)歷了定壓 加熱過程。 所以飽和濕蒸汽吸熱量 采用圖確定2 和1。 h1=2570kJ/kg h2=2955kJ/kg q=2955-2570=385kJ/kg 例題 P137習(xí)題

13、11 解為 開口系統(tǒng)穩(wěn) 態(tài)穩(wěn)流可逆 過程，其過 程如圖中實(shí) 線所示。 q=h+c2/2+gz+ws q=0, c2/2+gz ws12 查圖知2kJ/kg 1 kJ/kg ws12 kJ/kg 為開口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流不可逆過程其過 程如圖中虛線所示。 q=h+c2/2+gz+ws q=0 ，c2/2+gz ws12 查圖知2 kJ/kg ws12 kJ/kg 5-4 濕空氣的性質(zhì) 一、未飽和濕空氣和飽和濕空氣 1.濕空氣和干空氣： 將其作為干空氣和水蒸汽的混合物即濕空氣 （Wet-air）處理，其中將干空氣標(biāo)準(zhǔn)化為由 N2(78.09%)、O2(20.95%)、Ar(0.93%)、 CO2(0.0

14、3%)組成。 認(rèn)為濕空氣為理想氣體，這是因?yàn)樗羝?分壓力極小，其分壓力低通常為3量級。 2.飽和濕空氣與未飽和濕空氣 （Saturated Wet-air 2定含濕量線 3定溫度線 4定相對濕度線;角系數(shù)() 角系數(shù)=h/d 1000 ，反映濕空氣熱力過 程中的熱濕變化性質(zhì)。 5定分壓力線; P263 應(yīng)注意不同總壓的溫濕圖是不能混 用的，因?yàn)閴毫γ科?0mmHg，會(huì)造 成左右的誤差。 熱濕比的意義熱濕比的意義 (二).應(yīng)用 濕空氣的溫濕圖的用途主要是確定濕空 氣的狀態(tài)參數(shù)和分析其熱力過程。 下面用例題說明它的使用方法。 露點(diǎn)溫度和濕球溫度的確定露點(diǎn)溫度和濕球溫度的確定 例題2 利用溫濕圖確定例題所要求的除 絕對濕度、濕空氣密度外的各項(xiàng)參數(shù)及 濕球溫度w。 解利用求得的v2796.7及 在溫濕圖上確定其狀態(tài)點(diǎn)，然 后可按如右圖所示路線查出下列數(shù)據(jù)： 17.5g/kg()，dew22.94， w24.9， 66，75.5（）。 例題3 利用溫濕圖確定760mmHg， dew20，w25的相對濕 度。 解相對濕度29 -5 濕空氣的基本熱力過濕空氣的基本