第五章 水蒸气与湿空气51 水蒸气的产生过程 气态工质气态工质气体气体蒸气蒸气：远远离离液液态态，一一般般可可作作为为理理想想 气体处理，如空气、燃气。气体处理，如空气、燃气。 ：靠靠近近液液态态，一一般般不不能能作作为为理理想想气气体体处处理理，如如水水蒸蒸气气、氨氨蒸蒸气等气等 。 水水蒸蒸气气来来源源丰丰富富，耗耗资资少少，无无毒毒无无味味，比比热热容容大大，传传热热好好，有有良良好好的的膨膨胀胀和和载载热热性性能能，是热工技术上应用最广泛的工质。是热工技术上应用最广泛的工质。蒸气是由液体汽化而产生的。蒸气是由液体汽化而产生的。 1清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件液体液体汽化汽化蒸发蒸发沸腾沸腾：任任何何温温度度下下在在液液体体表表面面进进行行的的汽化现象，温度愈高愈强烈汽化现象，温度愈高愈强烈。 ：沸沸腾腾是是在在给给定定压压力力所所对对应应的的温温度度下下发发生生并并伴伴随随着着大大量量汽汽泡泡产产生生的汽化现象。的汽化现象。 pts饱和液体饱和液体饱和液体饱和液体饱和蒸气饱和蒸气饱和蒸气饱和蒸气饱和状态饱和状态：液液面面上上蒸蒸气气空空间间中中的的蒸蒸气气和和液液体体两两相相达达到动态平衡的状态到动态平衡的状态 。 饱和压力饱和压力ps、饱和温度饱和温度ts：水蒸气：水蒸气：ps0.101325 MPa，ts=100 C2清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件 ptts v水的定压加热过程：水的定压加热过程： 湿饱和蒸气（湿蒸气）的湿饱和蒸气（湿蒸气）的干度干度x mv-湿蒸气中干饱和蒸气的质量湿蒸气中干饱和蒸气的质量 mw-湿蒸气中饱和水的质量湿蒸气中饱和水的质量 未饱和水未饱和水未饱和水未饱和水a饱和水饱和水饱和水饱和水b湿饱和蒸气湿饱和蒸气湿饱和蒸气湿饱和蒸气c干饱和蒸气干饱和蒸气干饱和蒸气干饱和蒸气d过热蒸气过热蒸气过热蒸气过热蒸气e汽化潜热汽化潜热J/kg过热度过热度3清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件水的定压加热过程在水的定压加热过程在p-v图和图和T-s图上的表示图上的表示： 饱和水线饱和水线饱和水线饱和水线饱和蒸汽线饱和蒸汽线饱和蒸汽线饱和蒸汽线临界点临界点临界点临界点临界状态临界状态水的临界状态水的临界状态 mm3 3/kg/kg 4清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件5-2 水蒸气的状态参数 水水在在临临界界压压力力或或高高于于临临界界压压力力下下定定压压加加热热到到临临界界温温度度时时，不不存存在在汽汽液液分分界界线线和和汽汽液液共共存存的汽化过程，再加热就直接成为过热蒸汽。的汽化过程，再加热就直接成为过热蒸汽。 一一般般情情况况下下，水水蒸蒸气气的的性性质质与与理理想想气气体体差差别别很很大大 , ,为为了了便便于于工工程程计计算算，将将不不同同温温度度和和不不压压力力下下的的未未饱饱和和水水、饱饱和和水水、干干饱饱和和蒸蒸汽汽和和过过热热蒸蒸汽汽的状态参数列成表或绘成线算图。的状态参数列成表或绘成线算图。饱和水与饱和蒸气表饱和水与饱和蒸气表 分分为为以以温温度度为为序序（附附录录表表5 5）和和以以压压力力为为序序（表（表6 6）两种。）两种。 5清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件6清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件未饱和水与过热蒸气表未饱和水与过热蒸气表（附录表（附录表7 7） 7清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件 国国际际规规定定，蒸蒸汽汽表表取取三三相相点点（即即固固、液液、汽汽三相共存状态）液相水的热力学能和熵为零三相共存状态）液相水的热力学能和熵为零。 即：即： p = 611.7 Pa，v = 0.00100021 m3/kg, T = 273.16 K, u = 0 kJ/kg， s = 0 kJ/(kgK) 湿蒸汽的状态参数湿蒸汽的状态参数 1kg 湿湿蒸蒸汽汽是是由由x kgkg干干蒸蒸汽汽和和（1x）kg饱饱和水混合而成，和水混合而成，注注意意单位单位8清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件 水水蒸气的焓熵图蒸气的焓熵图 C 临界点临界点 CA下界线下界线 CB上上界线界线 定压线定压线 定容线定容线 定温线定温线 定干度线定干度线 湿湿蒸蒸汽汽区区的的定定压压线线就就是是定温线。定温线。 9清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件5-3 水蒸气的基本热力过程分析目的分析目的：分析步骤分析步骤： 了了解解过过程程中中水水蒸蒸气气的的状状态态变变化化规规律律，确确定定过程中水蒸气与外界的能量交换。过程中水蒸气与外界的能量交换。 (1) 根根据据给给定定条条件件，在在 h-s 图图上上（或或水水蒸蒸气气表表中）查出初态的其它参数值中）查出初态的其它参数值; ; (2) 根根据据初初态态和和过过程程特特点点以以及及终终态态的的一一个个参参数数值，确定终态的其它参数值值，确定终态的其它参数值; ; (3) 根根据据热热力力学学基基本本定定律律，结结合合过过程程的的特特点点，计算过程中工质与外界交换的功量与热量。计算过程中工质与外界交换的功量与热量。 10清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件定容过程定容过程：11清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件定温过程定温过程：12清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件定压过程定压过程： 13清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件定熵过程定熵过程： 在在热热工工计计算算中中，遇遇到到最最多多的的是是水水蒸蒸气气的的定定压压过过程程( (如如锅锅炉炉中中水水蒸蒸气气的的产产生生与与冷冷凝凝器器中中水水蒸蒸气气的的凝凝结结) )和和绝绝热热过过程程( (蒸蒸汽汽机机或或汽汽轮轮机机中中水水蒸气的膨胀作功过程蒸气的膨胀作功过程) ) 。14清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件蒸汽节流测量湿蒸汽的干度蒸汽节流测量湿蒸汽的干度 ：15清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件5-4 湿空气的性质 湿空气：湿空气：含有水蒸气的空气。含有水蒸气的空气。干空气：干空气：完全不含水蒸气的空气。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。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：气的分压力与干空气的分压力之和： 16清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件1. 未饱和湿空气与饱和湿空气未饱和湿空气与饱和湿空气 未饱和湿空气未饱和湿空气：饱和湿空气饱和湿空气：湿空气中的水蒸气未饱和，处于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。过热状态，湿空气还能吸收水份。 湿空气中的水蒸气已饱和，湿空气中的水蒸气已饱和，不能再吸收水份。不能再吸收水份。 定温吸湿过程定温吸湿过程13 17清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件2. 露点露点 露点露点：结露结露：湿空气中的水蒸气分压力湿空气中的水蒸气分压力pv v对应的饱和温度对应的饱和温度Td称为称为露点温度，露点温度，简称简称露点露点。 定压降温到露点，湿空气中的水蒸气饱和，定压降温到露点，湿空气中的水蒸气饱和，凝结成水（过程凝结成水（过程12）。）。 结霜结霜：18清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件3. . 绝对湿度、相对湿度和含湿量绝对湿度、相对湿度和含湿量 湿度湿度：湿空气中水蒸气的含量。：湿空气中水蒸气的含量。 （1 1） 绝对湿度绝对湿度 1m3的湿空气中所含水蒸气的质量称为湿空气的湿空气中所含水蒸气的质量称为湿空气的的绝对湿度绝对湿度，即湿空气中水蒸气的密度：，即湿空气中水蒸气的密度： 饱和湿空气饱和湿空气的的绝对湿度绝对湿度达到最大值达到最大值水蒸气的水蒸气的气体常数：气体常数： 19清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件（2 2） 相对湿度相对湿度 湿空气的绝对湿度湿空气的绝对湿度 与同温度下饱和湿空气的与同温度下饱和湿空气的绝对湿度绝对湿度 之比称为湿空气的之比称为湿空气的相对湿度。相对湿度。 饱和湿空气饱和湿空气干空气干空气未饱和湿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。相对湿度越大，空气越湿润，吸水能力越低。20清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件（3 3） 含湿量含湿量 在湿空气中，与单位质量干空气共存的水蒸气在湿空气中，与单位质量干空气共存的水蒸气的质量，称为湿空气的的质量，称为湿空气的含湿量含湿量或或比湿度比湿度。 kg/kg(干空气干空气)据理想气体状态方程：据理想气体状态方程： 21清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件4. . 湿空气的相对分子质量、气体常数及密度湿空气的相对分子质量、气体常数及密度干空气的干空气的相对分子质量相对分子质量: : 水蒸气的水蒸气的相对分子质量相对分子质量: : 湿空气的湿空气的平均相对分子质量平均相对分子质量: : 22清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件湿空气的湿空气的气体常数气体常数 湿空气的湿空气的密度密度: :每立方米湿空气所具有的质量。每立方米湿空气所具有的质量。23清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件5. 湿空气的焓湿空气的焓 湿空气的湿空气的焓：焓： 湿空气的湿空气的比焓：比焓： kJ/kg（干空气）（干空气）工程上，取工程上，取0 C时干空气、饱和水的焓为零，即时干空气、饱和水的焓为零，即 ha= 0 、 hv= 0温度温度t下干空气和水蒸气的焓分别为下干空气和水蒸气的焓分别为温度温度t下干湿空气的焓为下干湿空气的焓为kJ/kg（干空气）（干空气）24清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件6. 湿空气的湿空气的焓湿图焓湿图 湿空气的湿空气的焓焓- -湿图湿图是湿空气工程计算的重要工具。是湿空气工程计算的重要工具。 （1 1） 定焓线簇定焓线簇 h0 、h1、 h2 、h3 （2 2） 定含湿量线簇定含湿量线簇 d1、 d2 、d3 （3 3） 定温线簇定温线簇 t0 、t1、 t2 、t3 （4 4） 定相对湿度线簇定相对湿度线簇 1、 2 、 3 25清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件5-5 湿空气的基本热力过程 1. 加热吸湿过程加热吸湿过程 工程上的干燥处理过程，如谷物、木材、药材、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。纺织品、食品、造纸等许多烘干工艺。 人人工工干干燥燥方方法法：利利用用未未饱饱和和湿湿空空气气来来吸吸收收被被干干燥物体的水分，达到干燥的目的。燥物体的水分，达到干燥的目的。 为为了了提提高高湿湿空空气气的的吸吸湿湿能能力力，通通常常先先对对湿湿空空气气进进行行加加热热。由由于于加加热热过过程程中中湿湿空空气气的的含含湿湿量量不不变变，但但随随着着温温度度升升高高，相相对对湿湿度度降降低低，湿湿空空气气的的吸湿能力增强。吸湿能力增强。 26清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件在在焓焓- -湿图中湿图中湿空气的加热过程如湿空气的加热过程如12所示。所示。 加热后的湿空气送入加热后的湿空气送入干燥室吸收被干燥物料的干燥室吸收被干燥物料的水份。如果忽略干燥室与水份。如果忽略干燥室与外界的热量交换，物料中外界的热量交换，物料中水份蒸发所吸收的潜热完水份蒸发所吸收的潜热完全来自湿空气，因此物料全来自湿空气，因此物料干燥过程对湿空气来说是干燥过程对湿空气来说是绝热加湿过程，绝热加湿过程，湿空气的湿空气的含湿量含湿量d 和和相对湿度相对湿度 增增加，其焓值基本不变，如加，其焓值基本不变，如23所示。所示。27清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件2. 冷却去湿过程冷却去湿过程 湿空气被冷却时，湿空气被冷却时，温度降低。在温度降至温度降低。在温度降至露点露点前其前其含湿量含湿量保持不保持不变，变，相对湿度相对湿度逐渐增加。逐渐增加。当当相对湿度达到相对湿度达到1时，时，湿空气饱和，如果再继湿空气饱和，如果再继续冷却，则析出水份，续冷却，则析出水份，过程将沿着的饱和曲线过程将沿着的饱和曲线向含湿量减少、温度降向含湿量减少、温度降低的方向进行，如低的方向进行，如12所示。所示。 28清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件5-6 干湿球温度计 将将干湿球温度计干湿球温度计由两个温度计构成，如图所示。由两个温度计构成，如图所示。 如果将如果将干湿球温度计干湿球温度计置于通风良置于通风良好的湿空气中，由于好的湿空气中，由于湿球温度计湿球温度计上湿上湿布的水分蒸发布的水分蒸发, ,吸收汽化潜热，使湿吸收汽化潜热，使湿纱布中的水温降低，湿球温度计读书纱布中的水温降低，湿球温度计读书下降。当水分蒸发所需要的热量等于下降。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，这一温计读书维持在某一数值不变，这一温度值称为度值称为湿球温度湿球温度 tw 。 干球温度计干球温度计：测量空气温度：测量空气温度 t 湿球温度计湿球温度计: : 测量湿球温度测量湿球温度 tw29清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件 当当湿空气湿空气未饱和时，其未饱和时，其相对湿度相对湿度愈小，愈小，湿球湿球温度计温度计上纱布中水分蒸发愈快，需要的汽化潜热上纱布中水分蒸发愈快，需要的汽化潜热愈多，愈多，湿球温度湿球温度愈低，干、湿球温度差就愈大；愈低，干、湿球温度差就愈大；反之，湿空气的相对湿度越大，干、湿球温度之反之，湿空气的相对湿度越大，干、湿球温度之差就愈小；当湿空气的差就愈小；当湿空气的相对湿度相对湿度等于等于1时时，湿空，湿空气为气为饱和湿空气饱和湿空气，干球温度干球温度与与湿球温度湿球温度相等。相等。 干、湿球温度之差可以表征空气干、湿球温度之差可以表征空气相对湿度相对湿度的的大小，它们之间的关系可以表达为大小，它们之间的关系可以表达为 根据根据干湿球温度计测量的干湿球温度计测量的干、湿球温度就可干、湿球温度就可以由上式确定空气以由上式确定空气相对湿度相对湿度的大小。的大小。30清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件第五章小结第五章小结(1) 水水蒸蒸气气的的定定压压加加热热产产生生过过程程，在在 p-v 图图和和 T-s 图上表示定压加热时水蒸气的状态变化；图上表示定压加热时水蒸气的状态变化；(2) 利利用用水水和和水水蒸蒸气气表表及及水水蒸蒸气气的的焓焓熵熵图图确确定定水蒸气的状态参数。水蒸气的状态参数。(3) 湿湿空空气气的的性性质质及及其其描描述述方方法法，利利用用焓焓- -湿湿图图表示湿空气的加热吸湿和冷却去湿过程，表示湿空气的加热吸湿和冷却去湿过程，。重点掌握：重点掌握：31清华大学热工基础工程热力学加传热学(6)课件