(6)第五章水蒸气与湿空气
工程热力学(6)第五章
5
5-2
水蒸气的状态参数
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。
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 = 611.7 Pa，v = 0.00100021 m3/kg, T = 273.16 K, u = 0 kJ/kg， s = 0 kJ/(kg· K) h u pv 0.00061 kJ/kg 0 kJ/kg
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：
1
液体 汽化
蒸发 ：任何温度下在液体表面进行的
汽化现象，温度愈高愈强烈。
沸腾 ： 沸腾是在给定压力所对应的温
度下发生并伴随着大量汽泡产生 的汽化现象。
p
饱和状态：液面上蒸气空间中 的蒸气和液体两相达 饱和蒸气 到动态平衡的状态 。
饱和液体
ts
饱和压力ps、饱和温度ts： ps f (ts ) 水蒸气：ps＝0.101325 MPa，ts=100 º C
hv 2501 1.863t
kJ/kg（干空气）
27
h 1.005t d (2501 1.863t )
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 （2） 定含湿量线簇
工程热力学与传热学习题(英文版)：第五章 水蒸气与湿空气
第五章 水蒸气和湿空气水蒸气 英文习题1. Volume and energy change during evaporationA mass of 200 g of saturated liquid water is completely vaporized at constant pressure of 100 kPa. Determine (a) the volume change and (b) the amount of energy added to the water.2.Pressureand volume of a mixtureA rigid tank contains 10 kg of water at 90℃. If 8 kg of the water is in the liquid form and rest is in thevapor form. Determine (a) the pressure in the tank and (b) the volume of the tank.3. Properties of saturated liquid-vapor mixtureAn 80-L vessel contains 4 kg of refrigerant-134a at a pressure of 160 kPa. Determine (a) the temperature of the refrigerant, (b) the quality, (c) the enthalpy of the refrigerant, and (d) the volume occupied by the vapor phase.4.Charging of a rigid tankby steamA rigid insulated tank that is initially evacuated is connected through a valve to a supply line that carries steam at 1 MPa and 300℃. Now the valve is opened, and steam is allowed to flow slowly into the tank until the pressure reaches 1 MPa, at which point the valve is closed.Determine the final temperatureFIGURE 5-1FIGURE 5-2FIGURE 5-3FIGURE 5-4of the steam in the tank.湿空气 英文习题1. The amount of water vapor in room air100 kPa A 5-m ×5-m×3-m room shown in Fig.5-1 contains air at 25℃ and at a relative humidity of 75 percent. Determine (a) the partial pressure of dry air, (b) the specific humidity, (c) the enthalpy per unit mass of the dry air,and (d) the masses of the dry air and water vapor in the room.2. Fogging of the windows in a houseIn cold weather, condensation frequently occurs on the inner surfaces of the windows due to the lower air temperatures near the window surface. Consider a house, shown in Fig.5-6, that contains air at 20℃ and 75 percent relative humidity. At what window temperature will themoisture in the air start condensing on the inner surfaces of thewindows?3. The specific and relative humidity of airThe dry and the wet-bulb temperatures of atmospheric air at 1 atm (101.325 kPa) pressure are measured with a sing psychrometer and determined to be 25℃ and 15℃, respectively. Determine (a0 the specific humidity, (b0 the relative humidity, and © the enthalpy of the air.4. Heating and humidification of airAn air-conditioning system is to take in outdoor air at 10℃ and 30 percent relative humidity at a steady rate of 45 m 3/min and to condition it to 25℃ and 60 percent relative humidity. The outdoor air is first then heated to 22℃ in the heating section and humidified by the injection of hot steam in the humidifying section. Assuming the entire process takes place at a pressure of 100 kPa, determine (a) the rate of heat supply in the heating section and (b) the mass flow rate of the steamrequired in the humidifying section.5. Cooling and dehumidification of airAir enters a window air conditioner at 1 atm, 30℃, and 80 percent relative humidity at rate of 10 m 2/min, and it leaves as saturated air at 14℃. Part of the moisture in the air that condenses during the process is also removed at 14℃. Determine the rates of heat and moisture removal from the air.工程热力学与传热学第五章 水蒸气与湿空气 习题FIGURE 5-5FIGURE 5-6FIGURE 5-7习题1.热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安装在热水容器的上面，为什么？2.锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足q=w的关系？为什么？3.有无0℃或低于0℃的蒸汽存在？有无高于400℃的水存在，为什么？4.25MPa的水，是否也象1MPa的水那样经历汽化过程？为什么？5.dh=c p dT适用于任何工质的定压过程，水蒸气定压汽化过程中dT=0，由此得出结论，水定压汽化时dh=c p dT=0，此结论是否正确，为什么？6.试解释湿空气，湿蒸汽，饱和湿空气。
水蒸气与湿空气
一、空气调节装置的工作概况
图9-15 空气调节装置示意图
第七节 湿空气的典型过程
二、湿空气的几种典型过程 1.绝热混合过程
图9-16 确定混合后湿空气的状态
第七节 湿空气的典型过程
0.001(ma1+ma2)d3=0.001ma1d1+0.001ma2d2
第七节 湿空气的典型过程
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℃。
第七节 湿空气的典型过程
2.加热过程
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第五节 湿空气的基本概念
解：1)由饱和水蒸气表查得21℃时水蒸气的饱和压力为ps=0.024 896×105Pa，故水蒸气分压力为
2)由式(9-21)得含湿量为
第五节 湿空气的基本概念
第六节 湿空气的参数与h-d图
一、湿空气的焓
第六节 湿空气的参数与h-d图
二、湿空气的其他参数
三、湿空气的h-d图
第三节 水蒸气的表和图
二、水蒸气的h-s图
第三节 水蒸气的表和图
由于水蒸气表是不连续的，在求表列间隔中的数据时，必须使用内插法。因此，根据分析计算和研究的实际需要，可以用状态参数坐标图绘制水蒸气的各种热力性质图。如前述p⁃v图和T⁃s图，这两种图在分析过程中是有其特点的。但在工程上常常需要计算功量和热量，这在p⁃v图和T⁃s图上就需要计算过程曲线下的面积，而面积的计算，特别是不规则曲线包围的面积的计算，极不方便。如能在一种图上以线段精确地表示热量及功量的数值，则对于热功计算可以提供极大的方便，而h⁃s图就具有这种作用。因定压下的加热量（或放热量）等于焓差，即qp=h2-h1，而绝热膨胀的焓降等于技术功，即wt=h2-h1，故如在以焓为纵坐标、熵为横坐标的h⁃s图上，精确地画出标有数据的定温、定压线等，则用它作热工方面的数值计算是非常方便的。
热工基础总复习
总复习题型：填空2⨯9=18分，选择2⨯12=24分，简答6⨯3=18分，计算10⨯4=40分。
请考试时准备铅笔、橡皮、直尺！第一章基本概念1.热力系统的类型、边界的概念；2.可逆过程与准平衡过程；3.可逆过程功量的计算；第二章热力学第一定律1.热力学第一定律的表达式及其简单应用；2.技术功、膨胀功、轴功之间的关系；第三章理想气体性质与热力过程1.理想气体状态方程式；2.理想气体的热力学能、焓；3.理想混合气体：成分、分压力计算；4.定熵过程：初、终态参数间的关系；5.多变过程：多变指数、膨胀功与技术功的关系；6.多变过程分析：在p-v图和T-s图上表示某膨胀或压缩过程，并分析该过程q、w、w t和∆u的正负。
1.气缸中装有0.3m3氧气，初态为t1=45℃、p1=1.032bar，先在定压条件下对氧气加热，然后再定容冷却到初温45℃。
已知氧气的最终压力为0.588bar，气体常数为259.8J/(kg⋅K)，比定压热容为0.91kJ/(kg⋅K)，试分别求两个过程中加入的热量、热力学能和焓的变化及所作的功。
2.如图所示，气缸壁和活塞均由绝热材料制成，活塞可在气缸中无摩擦地自由移动。
初始时活塞位于气缸中间，A、B两侧各有1kg空气，压力均为0.45MPa，温度均为900K。
现利用冷却盘管对A侧进行冷却，使A侧压力逐渐降低，求当压力降低到0.3MPa时两侧的体积、冷却水从系统带走的热量。
已知空气气体常数为287J/(kg⋅K)，κ=1.4，c v=0.717kJ/(kg⋅K)。
3.空气由p1=2bar，V1=2m3，t1=40︒C，压缩到p2=10bar，V2=0.5m3，空气的比热容为c v=0.7174kJ/(kg⋅K)，气体常数R g=287 J/(kg⋅K)，求过程的多变指数、压缩功、交换的热量以及熵的变化。
第四章热力学第二定律1.卡诺循环与逆卡诺循环的经济性指标；2.利用克劳休斯积分不等式来判断热力循环的可行性和可逆性；3.利用熵变来判断热力过程的可行性和可逆性；4.孤立系统熵增原理、作功能力的损失；5.有两个质量均为100kg、比热均为1kJ/(kg K)、但温度不同的物体A和B，物体A的温度为1000K，物体B的温度为500K。
(6)第五章水蒸汽热力性质_热工基础 [兼容模式].
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pv = ps (T )
49
工程热力学 露点
露点：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。
pv < ps (T )
结露：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：Td < 0 DC
Ts=85.95 ℃ Ts=113.32 ℃
纯物质的p-T相图
p
液 固
p 流体
临界点
气 三相点
流体
固
液
临气界点 三相点
水
T
一般物质 T
工程热力学 水蒸气的定压发生过程
t < ts 未饱和水
v < v'
t = ts
t = ts
t = ts
t > ts
饱和水 饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽 过热蒸汽
v = v' v'< v <v'' v = v'' v > v''
h, v, s
工程热力学
水和水蒸气表
两类
1、饱和水和干饱和蒸汽表 2、未饱和水和过热蒸汽表
工程热力学
34
工程热力学
35
工程热力学
表的出处和零点的规定
表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编 制, IFC(国际公式化委员会)1967、1997和2005年先后发表分段 拟合的水和水蒸气热力性质公式, 但工程上仍会用到图表。 焓、内能、熵零点的规定： 原则上可任取零点, 国际上统一规定。
Thermal Process of Steam
湿空气
湿空气
含有水蒸气的空气称为湿空气。
大气中永远包含一定量的水蒸气，绝对干的空气在自然界中是不存在的，在空调系统中将干空气看作一个整体，湿空气=干空气+水蒸气。
湿空气是干空气和水蒸气组成的混合气体，湿空气的压力等于干空气的分压力Pg与水蒸气的分压力Pzq之和。
（1）饱和空气。
湿空气中水蒸气分压力有一个最大值，这个最大值就称为该温度下的饱和水蒸气分压力Pbh在大气中，如从水蒸发为汽的数量与空气中水蒸气凝结为水的数量相等，此时大气中所含的水蒸气数量达到最大限度，即水蒸气处于饱和状态。
这种湿空气就是干空气和饱和水蒸气的混合物，称为饱和空气。
（2）未饱和空气。
湿空气中水蒸气的分压力低于其相同温度下的饱和空气水蒸气的分压力，这时的水蒸气处于过热状态，这种湿空气就是干空气和过热水蒸气的混合物，称为未饱和空气。
由此可见，在一定温度条件下，湿空气中水蒸气分压力的大小是衡量水蒸气含量即空气干燥或潮湿的指标。
温度越高，水蒸气的分压力就越大。
湿空气—湿空气的状态参数(热工课件)
工程上，对干空气，取0℃的干空气的焓为零，对水蒸气，取0℃
的水的焓为零。则：
h=1.01t+10-3d（2501+1.85t）
湿空气的状态参数
6. 湿空气的密度
湿空气的密度：1m3湿空气所具有的质量称为湿空气的密度，它应
为干空气和水蒸气的密度之和。
含量的参数。
湿空气的状态参数
4. 湿空气的含湿量
含湿量：在含有1kg干空气的湿空气中，所含的水蒸气的质量（通常
以g计）称为含湿量，用符号d表示，单位为：g/kg（d，a），即：
=
×
含湿量在过程中的变化Δd，表示1kg干空气组成的湿空气在过程中
所含水蒸气质量的改变，也是湿空气在过程中吸收或析出的水分。
干球温度计，右侧温度计的水银球
浸在水中的湿纱布包起来，称为湿
求温度计，湿球温度计的温度称为
湿球温度，用twet表示。
湿空气的状态参数
7. 露点温度和湿球温度
若湿球温度计周围为未饱和湿空气，
湿纱布的水将向空气中蒸发，使水
温下降，导致周围空气向水传热，
当水蒸气所需热量正好等于从周围
空气中所获取的热量时，温度计读
湿空气的状态参数
湿空气的状态参数
1. 湿空气的压力
湿空气的总压力p等于干空气的分压力pdry与水蒸气的分压力pvap之
和。
p
当湿空气中的水蒸气状态处于：
a状态
b、d状态
未饱和湿空气；
ps
pvap
饱和湿空气。
o
e
•
b
•
•
a
热工基础(张学学 第三版)复习知识点
式
数间的关系
交换的功量
w /( J / kg) wt /( J / kg)
交换的热 量
q /(J / kg)
定容 v 定数 定压 p 定数 定温 pv 定数
定熵 pvk 定数
v2
v1;
T2 T1
p2 p1
p2
p1
;
T2 T1
v2 v1
T2
T1;
p2 p1
v1 v2
p2 p1
1.理想气体：理想气体分子的体积忽略不计；理想气体分子之间
无作用力；理想气体分子之间以及分子与容器壁的碰撞都是弹性
碰撞。
2.理想气体状态方程式（克拉贝龙方程式）
PV mRgT
其中 R 8.314J /(mol K )，
或 PV nRT
RgΒιβλιοθήκη R M3.定容比热与定压比热。
定容比热 cV
wt
1 2
c f
2
gz
ws
当 p2v2 p1v1 时，技术功等于膨胀功。
当忽略工质进出口处宏观动能和宏观位能的变化，技术功就
是轴功；且技术功等于膨胀功与流动功之差。
在工质流动过程中，工质作出的膨胀功除去补偿流动功及宏
观动能和宏观位能的差额即为轴功。
7.可逆过程的技术功：
wt
2
vdp
6.边界：系统与外界的分界面。
7.系统的分类：
（1）闭口系统：与外界无物质交换的系统。
（2）开口系统：与外界有物质交换的系统。
（3）绝热系统：与外界之间没有热量交换的系统。
（4）孤立系统：与外界没有任何的物质交换和能量（功、热量）