流体力学第九章 水蒸气与湿空气

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=0．001 000 2 2m3/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。
图9-1 饱和状态
第二节 水的定压加热汽化过程
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
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
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 水蒸气的表和图
解：查饱和水与饱和蒸汽性质表(附录A-2)可知v′=0.001 043 4m3/kg、 v″=1.694 6m3/kg，1.302 7kJ/(kg·K)，s″=7.360 8kJ/(kg·K)。因为比 体积值v′<v=1.3<v″，故工质处于湿蒸汽状态，其干度为
第二节 水的定压加热汽化过程
2.汽化阶段
图9-2 水的定压加热汽化过程
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也不示。随着 加热过程的继续进行，水逐渐减少，蒸汽逐渐增多，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。
第九章 水蒸气与湿空气
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
水蒸气的饱和状态 水的定压加热汽化过程 水蒸气的表和图 理想混合气体的性质 湿空气的基本概念 湿空气的参数与h-d图 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。
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。