第七章水蒸气及湿空气
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（张学学高教》课后答案第五章-第七章
《热工基础(张学学高教》课后答案第五章-第七章思考题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上面，为什么？答：保证其压力。
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？答：不对，因为水蒸气不能看作是理想气体，其内能不仅是温度的函数，还是压力的函数，故此定温过程内能是改变的，?U不等于0。
3. 有无0℃或低于0℃的蒸汽存在？有无低于0℃的水存在？为什么？答：有0℃或低于0℃的蒸汽存在，只要压力足够低就可能，但是没有低于0℃的水存在，因为水的三相点温度为0.01℃，低于三相点温度，只可能是固态或是气态。
4. 25MPa的水，是否也象1MPa的水那样经历汽化过程？为什么？答：不可以，因为水的临界点压力为22.12MPa，故此，当压力高于临界压力时，它的汽化不经过气液两相区，而是由液相连续的到达气相。
5. dh=cpdT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=cpdT=0，此结论是否正确？为什么？答：不正确，因为定压汽化过程中发生了相变，上式只适用于不发生相变的过程。
6. 试解释湿空气、湿蒸汽、饱和湿空气。
答：湿空气：含水蒸汽的空气；湿蒸汽：含有液态水的水蒸气；饱和湿空气：相对湿度为100％的湿空气。
7. 对未饱和湿空气与饱和湿空气分别判断干球温度、湿球温度、露点温度三者的大小。
答：未饱和湿空气：干球温度>湿球温度>露点温度饱和湿空气：干球温度>湿球温度＝露点温度8. 在相同的温度及压力下，湿空气与干空气相比，那个密度大？答：干空气的密度大。
9. 同一地区阴雨天的大气压力为什么比晴朗天气的大气压力低？答：阴雨天相对湿度高，水蒸气分压力大。
10. 若两种湿空气的总压力和相对湿度相同，问：温度高的湿空气含湿量大还是温度低的湿空气含湿量大？为什么？答：由d=0.6621-1?Ps，在相同相对湿度的情况下，温度高，Ps大，所以，温度高含湿量大。
化工原理第七章干燥课后习题及答案
第七章 干 燥湿空气的性质【7-1】湿空气的总压为.1013kPa ，(1)试计算空气为40℃、相对湿度为%60ϕ=时的湿度与焓；(2)已知湿空气中水蒸气分压为9.3kPa ，求该空气在50℃时的相对湿度ϕ与湿度H 。
解 湿空气总压.1013p kPa =(1).06ϕ=，40℃时水蒸气的饱和蒸气压.7375s p kPa = 湿度 ..../ (067375)06220622002841013067375s s p H kg kg p p ϕϕ⨯==⨯=--⨯．水干气焓 ()..1011882492I H t H =++(...)../= 10118800284402492002841133kJ kg +⨯⨯+⨯= (2) 湿空气中水汽分压.93V p kPa = 50℃时水的饱和蒸气压.1234s p kPa = 相对湿度 ..9307541234V s p p ϕ===． 湿度 . (93)0622=062200629101393V V p H kg kg p p =⨯=--．水／干气 【7-2】空气的总压为101.33kPa ，干球温度为303K ，相对湿度%70ϕ=，试用计算式求空气的下列各参数：(1)湿度H ；(2)饱和湿度s H ；(3)露点d t ；(4)焓I ；(5)空气中的水汽分压V p 。
解 总压.,.101333033007p kPa t K ϕ====℃， (1) 30℃时，水的饱和蒸气压.4241s p kPa = 湿度 ...? (074241)062206220018810133074241s s p H kg kg p p ϕϕ⨯==⨯=--⨯．．水／干气(2) 饱和湿度 (4241)0622062200272101334241s s s p H kg kg p p ==⨯=--．水／干气 (3)露点d t 时的饱和湿度.00188s H kg kg =水／干气 .0622ss sp H p p =- (1013300188)2970622062200188s s s pH p kPa H ⨯===++从水的饱和蒸气压为 2.97kPa 查得水的饱和温度为23.3℃，故空气的露点.233℃d t =(4) .3000188t H kg kg ==℃，水／干气时，空气的焓为()..1011882492H H t H =++(...)../= 1011880018830249200188782kJ kg +⨯⨯+⨯=干气 (5) t=30℃时的.4241s p kPa =水汽分压 ...074241297V s p p kPa ϕ==⨯=【7-3】在总压为101.3kPa 下测得湿空气的干球温度为50℃，湿球温度为30℃，试计算湿空气的湿度与水汽分压。
水蒸气及湿空气
如水蒸气在热电厂和 空调工程中的 应用
.
2
学习要求
• 1、掌握有关蒸汽的各种术语及其意义。如：汽化、凝结、 饱和状态、未饱和液体、饱和液体、湿蒸汽、干饱和蒸汽、 过热蒸汽、干度等概念及不同蒸汽状态的特征和关系。
• 2、了解蒸汽定压发生过程及其在p-v图与T-s图上的一点、 二线、三区和五态。
• 3、掌握水蒸气图表的结构，能够熟练利用水蒸气图表查 出水蒸气状态参数。
s1 s2
S
.
26
例5-3 水蒸气在0.2MPa压力下从150℃定压加热到250℃，试
求1kg水蒸气的吸热量、所作的膨胀功及热力学能增量。
解：在h-s图上，由p0.2MPa的定压线与t1150℃的定温 线相交得初状态点1，与t2250℃的定温线相交得终状态点2， 如图5-6所示。查得
h1=2772kJ/kg，v1=1m3/kg h2=2973kJ/kg，v2=1.22m3/kg 吸热量 q h2 h1 2973 2772 201 （kJ/kg）
未饱和水与过热蒸汽表（附表3） 参数右上角加“”表示
湿蒸汽参数的确定: 注意粗黑线
饱和液体参数，加“” 表示饱和蒸汽参数
pps，tts
vx (1 x)v xv v x(v v)
hx (1 x)h xh h x(h h) h xr
sx
(1
x)s
xs
s
x(s
s)
s
xr T
ux hx pvx
q0 u u2 u1 h2 h1 p2v2 p1v1
w u
h
1
P1 t1
P2
t2
χ=1
2 χ2
(a)可逆绝热过程 S
wt h h1 h2
建筑设备第7章 传热学和湿空气的基本知识
B.辐射的吸收、反射、透射
反射率r=1称为白体。 吸收率ρ=1称为黑体。 透射率τ=1称为透明体。
C.辐射本领
单色辐射本领：物 体单位面积在单位 时间内辐射某一波 长的能量，用Eλ表 示。 辐射本领：物体单 位面积单位时间辐 射波长从0到+∞的 全部能量，用E 表 示。
完全不含水蒸气的空气称为干空气。干 空气的组元和成分通常是一定的（见表6-1 ），可以当做一种“单一气体”。我们所说 的湿空气，就是干空气和水蒸气的混合物。 大气中总是含有一些水蒸气。一般情况 下，大气中水蒸气的含量及变化都较小，通 常的环境大气中水蒸气的分压力只有0.003 ～0.004MPa；但随着季节、气候、湿源等 各种条件的变化，会引起湿空气干湿程度的 变化，进而对人体舒适度、产品质量等产生 直接影响。
A.导热概念： 由于温度不同引起物体 t1=30 ℃ 微观粒子（分子、原子、 电子等）的热运动不同， 从而产生热量转热的现 象。
t2=15 ℃
B.导热基理：靠微观粒热运动来传递;但对于 气、液、固体又有所不同。
气体：分子原子不规则 热运动而相互碰撞。 固体：导电固体是靠自 由运动电子相互作用， 非导电固体是靠晶格结 构的振动（原子分子在 其平衡位置振动），弹 性波传递。 液体：间于气体与非 导电固体之间，以弹 性波作用为主，而以 分子热运动碰撞为辅。
7.3.2 相Байду номын сангаас湿度和含湿量
在某一温度下，湿空气中水蒸气 分压力的大小固然反映了水蒸气含 量的多少，但为方便湿空气热力过 程的分析计算，有必要引入两个反 映湿空气成分的参数：相对湿度和 含湿量。
1．相对湿度（φ） 湿空气中水蒸气的分压力pv与同一温 度、同样总压力的饱和湿空气中水蒸气 分压力（ps）的比值称为相对湿度，以φ 表示，则 φ=pv/ps φ值介于0和1之间。φ愈小表示湿空气离饱 和湿空气愈远，即湿空气愈干燥，吸取 水蒸气的能力愈强，当φ＝0时即为干空 气；反之，φ愈大空气愈潮湿，吸取水蒸 气的能力也愈差，当φ＝1时即为饱和湿 空气。
第7章 水蒸气
第七章水蒸气Water Vapor 本章问题引导：⏹水蒸气可看作理想气体吗？⏹水蒸气是如何产生的？⏹水蒸气的参数如何确定？⏹水蒸气的过程如何计算？7-1 水蒸气的基本概念18世纪人类发明蒸气机，当时蒸气是唯一工质，目前水蒸气仍是火力发电、核电、供暖等的工质。
优点: 容易获得，便宜，无毒，化学性质稳定，膨胀性能好，传热性能好，对环境友好。
在空气中水蒸气含量极小，分压力很低，可当作理想气体，但当离液态不远或有相变，水蒸气一般应作实际气体处理，水蒸气的基本概念1、汽化——液体转变为气体的过程液化——蒸气或气体转变为液体的过程蒸发——液体表面在任何温度进行的缓慢汽化过程2、饱和状态(Saturation state)—汽化和液化达到动态平衡共存的状态饱和温度与饱和压力3. 临界点4.三相线凝固时体积膨胀物质的p-v-T曲面⏹一定的饱和温度总是对应着一定的饱和压力；一定的饱和压力也总是对应着一定的饱和温度⏹饱和温度愈高，饱和压力也愈高饱和温度T s 饱和压力ps一一对应Tspsp s=1.01325bar T s =100 ℃青藏高原p s=0.6bar T s =85.95 ℃高压锅p s=1.6barT s =113.32 ℃Saturation state水cr o cr3cr 22.064MPa647.14K (373.99C)m 0.003106kgp T v ===水的临界点参数饱和液线与饱和汽线的交点气液两相共存的p max ,Tmax临界点水的三相点tp tp 611.2Pa, 273.16Kp T ==t < t s t = t s t = tst = t s t > t s未饱和水饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽预热汽化过热7-2 水定压加热汽化过程水定压加热汽化过程的p -v图及T-s图一点临界点Critical point 两线饱和蒸汽线饱和水线三区液汽液共存汽五态未饱和水饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽7-3 水和水蒸气的状态参数⏹水和水蒸气的状态参数包括p 、v 、T 、h 、s 、u 等，其中h 、s 、u 常需要确定的是它们的变化量。
第七章 水蒸气
第七章水蒸气一、目的及要求了解水蒸汽产生的一般原理，掌握水及水蒸汽状态参数的确定，会用水蒸汽图及表求取水蒸汽的状态参数，会计算水蒸汽热力过程中功和热量的计算。
二、内容：7.1饱和温度和饱和压力7.2水的定压加热汽化过程7.3水和水蒸气的状态参数7.4水蒸气表和图7.5水蒸气的基本热力过程三、重点及难点：7.1应掌握有关蒸气的各种术语及其意义。
例如：汽化、凝结、饱和态、饱和蒸气、饱和液体、饱和温度、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。
7.2了解水蒸气定压发生过程及其在p－v图和T－s图上的一点、二线、三区、和五态。
7.3了解水蒸气图表的结构，并掌握其应用。
7.4掌握蒸气热力过程的热量和功量的计算。
四、主要外语词汇：vaporization, condensation, latent heat of evaporation, saturation, triple point, critical point五、本章节采用多媒体课件六、复习思考题及作业：思考题：1、水的三相点是不是唯一确定的？三相点与临界点有什么差异？2、刚性绝热的密闭容器内水的压力为4Mpa，测得容器内温度为20℃，试问容器内的水是什么集态？因意外事故容器上产生一个不大的裂缝，试分析其后果。
3、水在定压汽化过程中温度维持不变，因此有人认为过程中热量等于膨胀功，即q=w，对不对？为什么？作业：7－1，7－3，7－5，7－7第七章水蒸汽在动力、制冷、化学工程中，经常用到各种蒸汽。
常用的如水蒸汽、氨蒸汽、氟里昂蒸汽等，蒸汽是指离液态较近在工作过程中往往会有集态变化的某种实际气体。
显然，蒸汽不能作为理想气体处理，它的性质较复杂。
在工程计算中，水和水蒸汽的热力参数以前采用查取有关水蒸汽的热力性质图表的办法，现在也可借助计算机对水蒸汽的物性及过程作高精度的计算。
本章主要介绍水蒸汽产生的一般原理、水和水蒸汽状态参数的确定、水蒸汽图表的结构和应用以及水蒸汽热力过程功和热量的计算。
工程热力学课后题答案
答案
第三章理想气体及其混合物
1.把 压送到体积为 的贮气罐内。压送前贮气罐上的压力表读数为 ，温度为 ，压送终了时压力表读数为 ，温度为 。试求压送到罐内的 的质量。大气压力为 。
4.锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若已知斜管倾角 ，压力计中使用 的煤油，斜管液体长度 ，当地大气压力 ，求烟气的绝对压力（用 表示）解：
5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中 为压力表，读数为 ， 为真空表，读数为 。若当地大气压 ，求压力表 的读数（用 表示）
解
由
2.体积为 的某钢性容器内盛有了 的氮气。瓶上装有一排气阀，压力达到 时发门开启，压力降到 时关闭。若由于外界加热的原因造成阀门开启，问：
(1)阀门开启时瓶内气体温度为多少？
(2)因加热造成阀门开闭一次期间瓶内氮气失去多少？设瓶内空气温度在排气过程中保持不变。
答案（1） ℃；（2）
3.氧气瓶的容积 瓶中氧气的表压力为 。问瓶中盛有多少氧气？若气焊时用去一半氧气，温度降为 ，试问此时氧气的表压力为多少（当地大气压力 ）
解
10.在体积为 的钢性容器内装有氮气。初态表压力为 ，温度为 ，问应加入多少热量才可使氮气的温度上升到 ？其焓值变化是多少？大气压力为 。
(1)按定值比热容计算；
(2)按真实比热容的多项式计算；
(3)按平均比热容表计算；
(4)按平均比热容的直线关系式计算。
解
（1）
（2）查得
（3）查得
（4）查得
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(v, h, s)
p t>ts vຫໍສະໝຸດ e过热蒸气过热度
t ts
预热阶段
汽化阶段
过热阶段
汽化潜热 r h h J/kg
凝结潜热
同工质同温度下
三、水蒸气定压发生过程的p-v图和T-s图上
水的临界状态
pc22.064MPa tc373.99℃
vc0.003106m3/kg
一点 二线 三区 五态
如水蒸气在热电厂和 空调工程中的 应用
学习要求
• 1、掌握有关蒸汽的各种术语及其意义。如：汽化、凝结、 饱和状态、未饱和液体、饱和液体、湿蒸汽、干饱和蒸汽、 过热蒸汽、干度等概念及不同蒸汽状态的特征和关系。
• 2、了解蒸汽定压发生过程及其在p-v图与T-s图上的一点、 二线、三区和五态。
• 3、掌握水蒸气图表的结构，能够熟练利用水蒸气图表查 出水蒸气状态参数。
t = ts
t > ts
未饱和水 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’’ v > v’’
h < h’ h = h’ h ’< h <h’’ h = h’’ h > h’’
s < s’ s = s’ s ’< s <s’’ s = s’’ s > s’’
如水蒸汽冷凝为水
液态物质 (吸热)汽化 (放热)凝结
气态物质
同压力下蒸汽的凝结温度 与液体的沸点相等
汽相空间蒸汽分子越多，蒸汽压力越大，凝结速度越快。
基本概念
3. 饱和状态
——液面上蒸气空间中的蒸气和液体两相达到 动态平衡的状态就称为饱和状态。
在饱和状态下,有:
饱和压力ps
饱和温度ts ps f (ts )
x0 ，饱和液体
干度x的取值范围为0～1。 0﹤x﹤1 ，湿(饱和)蒸汽
x1 ，干饱和蒸汽 • 引入干度x可确定湿蒸汽中所含饱和液体和饱和蒸汽的
量，或确定湿蒸汽的状态。
二、水蒸气定压发生过程
p
p
p t<ts
p
ts
ts
vx
ts
v0
v''
a v' b
c
d
未饱和水 饱和水 湿(饱和)蒸气 干饱和蒸气
过冷度 (v, h, s)
故第一种情况为未饱和水状态。查附表，当p0.1MPa， t50℃时用线性插值法求得未饱和水的其它参数为
v0.00101245m3/kg， h209.405kJ/kg，
越强烈。
液体开始沸腾的温度
沸腾
在一定温度（沸点）下，液体内部和表面 同时发生的剧烈汽化过程。沸腾可通过加 热或减压的方法实现。相同压力下，不同
的液体沸点不同。
汽化过程是吸热过程。
如在0.1MPa时，水的沸点为 99.634℃，氨的沸点为-32℃
基本概念
2. 凝结
——物质由气态转变为液态的过程称为凝结。
临界点C 饱和水线 (x0) 、饱和蒸汽线(x1） 末饱和水区、汽液两相共存区、过热蒸汽区
末饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽
• 在临界点C汽液两相差异完全消失，汽液相变将在瞬间完成。 • 在临界温度以上不能用压缩的方法使蒸汽液化。
水蒸气的定压发生过程
t < ts t = ts t = ts
未饱和水与过热蒸汽表（附表3） 参数右上角加“”表示
湿蒸汽参数的确定: 注意粗黑线
饱和液体参数，加“” 表示饱和蒸汽参数
pps，tts
vx (1 x)v xv v x(v v)
hx (1 x)h xh h x(h h) h xr
sx
(1
x)s
xs
s
x(s
s)
s
xr T
§7.1 水蒸气的产生
• 一、基本概念 • 二、水蒸气的产生过程 • 三、水蒸气的p-v图，T-s图 • 四、水蒸气热力性质图表
一、基 本 概 念
1. 汽化
蒸发
物质由液态转变为气态的现象称为汽化。 蒸汽是由液体汽化而产生的。 如湿衣服的晾
干
在任何温度条件下发生在液体表面的汽化
过程。温度越高，蒸发表面积越大，蒸发
t0＝0.01C，p0＝611.659Pa，v0＝0.00100021ｍ3∕kｇ， u0=0kJ/kg；s0=0kJ/（kgK）
ｈ0＝ u 0 ＋ p0 v 0 ＝0.611J∕kg≈0 kJ∕kg
工程上将水基准点的 焓视为零已足够精确
2、水和水蒸气表
饱和水与饱和蒸汽表
按温度排列（附表1） 按压力排列（附表2）
水预热
汽化
过热
四、水蒸气热力性质图表
水蒸气不同于理想气体，其参数通过实验和分析的方法求得，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 状态参数列成数据表或绘成线算图，以供工程计算查用。
1、零点的规定
制冷剂蒸气图表常将 零点规定于0℃以下
水蒸气图表选定水的三相点（即273.16K的液相水） 作为基准点，规定在该点的液相水的u、s值为零,此时有
• 4、掌握水蒸气基本热力过程的特点和热量、功量、热力 学能的计算。理解湿空气、未饱和湿空气和饱和湿空气的 概念和意义。
• 5、掌握湿空气状态参数的意义及其计算方法。 • 6、熟悉湿空气焓湿图的结构，能熟练应用焓湿图查取湿
空气参数。
主要内容
• §7.1 水蒸气的产生 • §7.2 水蒸气的热力过程 • §7.3 湿空气
流体力学
建筑与环境工程系
第七章 水蒸气及湿空气
气态工质
气体 蒸汽
远离液态，一般可作为理想气体处 理，如空气、燃气。
刚脱离或接近液态，一般不能作为 理想气体处理，如水蒸气、制冷剂 蒸气等 。
水蒸气具有良好的热力性质，来源丰富，易于
获得，比热容大，传热性能好，且无毒无味、无污 染，在热力工程中的使用极为广泛。
ux hx pvx
注意单位
u可通过 uhpv求得
表中未列出的参数用线性插值法求得
例7-2 试判断下列情况下水处于什么状态，并确定其 它各参数的值。（1）p0.1MPa，t50℃；（2） p0.5MPa，t200℃；（3）p0.8MPa，v=0.22m3/kg；
（4）p1MPa，t179.916℃。 解：（1）查附表，p0.1MPa，ts99.634℃。而t＜ts，
饱和蒸汽 —— 饱和液体 ——
如水蒸气：ps＝0.101325 MPa，ts=100 ºC
饱和温度和饱和压力一一对应。
基本概念
4. 干度
——单位质量湿蒸汽中所含饱和蒸汽的质量称
为湿蒸汽的干度。表示式为
饱和液体和饱和 蒸汽的混合物
x mv mv mw
mv-湿蒸气中干饱和蒸气的质量
mw-湿蒸气中饱和水的质量