清华大学热工基础工程热力学加传热学6第五章.pptx

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1、会计学1清华大学热工基础工程热力学加传热学清华大学热工基础工程热力学加传热学6第五章第五章2液体液体液体液体汽化汽化汽化汽化蒸发蒸发蒸发蒸发沸腾沸腾沸腾沸腾：任任任任何何何何温温温温度度度度下下下下在在在在液液液液体体体体表表表表面面面面进进进进行行行行的的的的汽化现象，温度愈高愈强烈汽化现象，温度愈高愈强烈汽化现象，温度愈高愈强烈汽化现象，温度愈高愈强烈。：沸沸沸沸腾腾腾腾是是是是在在在在给给给给定定定定压压压压力力力力所所所所对对对对应应应应的的的的温温温温度度度度下下下下发发发发生生生生并并并并伴伴伴伴随随随随着着着着大大大大量量量量汽汽汽汽泡泡泡泡产产产产生生生生的汽化现象。的汽化现象

2、。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饱和状态饱和状态：液液液液面面面面上上上上蒸蒸蒸蒸气气气气空空空空间间间间中中中中的的的的蒸蒸蒸蒸气气气气和和和和液液液液体体体体两两两两相相相相达达达达到动态平衡的状态到动态平衡的状态到动态平衡的状态到动态平衡的状态 。饱和压力饱和压力饱和压力饱和压力p ps s、饱和温度饱和温度饱和温度饱和温度t ts s：水蒸气：水蒸气：水蒸气：水蒸气：p ps s0.101325 MPa0.101325 MPa，t ts s=100 =100 C C第1页/共31页3 ptts v水的定压加

3、热过程：水的定压加热过程：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）的湿饱和蒸气（湿蒸气）的湿饱和蒸气（湿蒸气）的干度干度干度干度x x mmv v-湿蒸气中干饱和蒸气的质量湿蒸气中干饱和蒸气的质量湿蒸气中干饱和蒸气的质量湿蒸气中干饱和蒸气的质量 mmw w-湿蒸气中饱和水的质量湿蒸气中饱和水的质量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汽化潜热汽化潜热汽化潜热汽化潜热J/kgJ/

4、kg过热度过热度过热度过热度第2页/共31页4水的定压加热过程在水的定压加热过程在水的定压加热过程在水的定压加热过程在p-vp-v图和图和图和图和T-sT-s图上的表示图上的表示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临界状态临界状态水的临界状态水的临界状态水的临界状态水的临界状态 mm3 3/kg/kg 第3页/共31页55-25-2 水蒸气的状态参数水蒸气的状态参数水蒸气的状态参数水蒸气的状态参数 水水水水在在在在临临临临界界界界压压压压力力力力或或或或高高高高于于于于临临临临界界界界压压压压力力

5、力力下下下下定定定定压压压压加加加加热热热热到到到到临临临临界界界界温温温温度度度度时时时时，不不不不存存存存在在在在汽汽汽汽液液液液分分分分界界界界线线线线和和和和汽汽汽汽液液液液共共共共存存存存的汽化过程，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。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。一一一一般般般般情情情情况况况况下下下下，水水水水蒸蒸蒸蒸气气气气的的的的性性性性质质质质与与与与理理理理想想想想气气气气体体体体差差差差别别别别很很很很大大大大 ,为为为为了了了了便便便便于于于于工工工工程程程程计计计计算算算算，将将将将不不不不同

6、同同同温温温温度度度度和和和和不不不不压压压压力力力力下下下下的的的的未未未未饱饱饱饱和和和和水水水水、饱饱饱饱和和和和水水水水、干干干干饱饱饱饱和和和和蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽和和和和过过过过热热热热蒸蒸蒸蒸汽汽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。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饱和水与饱和蒸气表饱和水与饱和蒸气表 分分分分为为为为以以以以温温温温度度度度为为为为序序序序（附附附附录录录录表表表表5 5 5 5）和和和和以以以以压压压压力力力力为为为为序序序序（表（表（表（表6 6 6 6）两种。）两种。）两

7、种。）两种。第4页/共31页6第5页/共31页7未饱和水与过热蒸气表未饱和水与过热蒸气表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（附录表（附录表7 7 7 7）第6页/共31页8 国国国国际际际际规规规规定定定定，蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽表表表表取取取取三三三三相相相相点点点点（即即即即固固固固、液液液液、汽汽汽汽三相共存状态）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：即：即：p=p=611.7 Pa611.7 Pa，v=v=0.00100021 m0.00100021 m3 3/

8、kg/kg,T=T=273.16 K,273.16 K,u=u=0 kJ/kg0 kJ/kg，s=s=0 0 kJ/(kgK)kJ/(kgK)湿蒸汽的状态参数湿蒸汽的状态参数湿蒸汽的状态参数湿蒸汽的状态参数 1kg 1kg 湿湿湿湿蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽是是是是由由由由x x kgkgkgkg干干干干蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽和和和和（1 1x x）kgkg饱饱饱饱和水混合而成，和水混合而成，和水混合而成，和水混合而成，注注注注意意意意单位单位单位单位第7页/共31页9 水水水水蒸气的焓熵图蒸气的焓熵图蒸气的焓熵图蒸气的焓熵图 C C 临界点临界点临界点临界点 CA CA下界线下界线下界线下界线 CB CB上

9、上上上界线界线界线界线 定压线定压线定压线定压线 定容线定容线定容线定容线 定温线定温线定温线定温线 定干度线定干度线定干度线定干度线 湿湿湿湿蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽区区区区的的的的定定定定压压压压线线线线就就就就是是是是定温线。定温线。定温线。定温线。第8页/共31页105-35-3 水蒸气的基本热力过程水蒸气的基本热力过程水蒸气的基本热力过程水蒸气的基本热力过程分析目的分析目的分析目的分析目的：分析步骤分析步骤分析步骤分析步骤：了了了了解解解解过过过过程程程程中中中中水水水水蒸蒸蒸蒸气气气气的的的的状状状状态态态态变变变变化化化化规规规规律律律律，确确确确定定定定过程中水蒸气与外界的能量交换。过

10、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。过程中水蒸气与外界的能量交换。(1)(1)根根根根据据据据给给给给定定定定条条条条件件件件，在在在在 h-s h-s 图图图图上上上上（或或或或水水水水蒸蒸蒸蒸气气气气表表表表中）查出初态的其它参数值中）查出初态的其它参数值中）查出初态的其它参数值中）查出初态的其它参数值;(2)(2)根根根根据据据据初初初初态态态态和和和和过过过过程程程程特特特特点点点点以以以以及及及及终终终终态态态态的的的的一一一一个个个个参参参参数数数数值值值值，确定终态的其它参数值确定终态的其它参数值确定终态的其它参数值确定终态的其它参数值;(3)(3)根根根根

11、据据据据热热热热力力力力学学学学基基基基本本本本定定定定律律律律，结结结结合合合合过过过过程程程程的的的的特特特特点点点点，计计计计算过程中工质与外界交换的功量与热量。算过程中工质与外界交换的功量与热量。算过程中工质与外界交换的功量与热量。算过程中工质与外界交换的功量与热量。第9页/共31页11定容过程定容过程定容过程定容过程：第10页/共31页12定温过程定温过程定温过程定温过程：第11页/共31页13定压过程定压过程定压过程定压过程：第12页/共31页14定熵过程定熵过程定熵过程定熵过程：在在在在热热热热工工工工计计计计算算算算中中中中，遇遇遇遇到到到到最最最最多多多多的的的的是是是是水水

12、水水蒸蒸蒸蒸气气气气的的的的定定定定压压压压过过过过程程程程(如如如如锅锅锅锅炉炉炉炉中中中中水水水水蒸蒸蒸蒸气气气气的的的的产产产产生生生生与与与与冷冷冷冷凝凝凝凝器器器器中中中中水水水水蒸蒸蒸蒸气气气气的的的的凝凝凝凝结结结结)和和和和绝绝绝绝热热热热过过过过程程程程(蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽机机机机或或或或汽汽汽汽轮轮轮轮机机机机中中中中水水水水蒸气的膨胀作功过程蒸气的膨胀作功过程蒸气的膨胀作功过程蒸气的膨胀作功过程)。第13页/共31页15蒸汽节流测量湿蒸汽的干度蒸汽节流测量湿蒸汽的干度蒸汽节流测量湿蒸汽的干度蒸汽节流测量湿蒸汽的干度 ：第14页/共31页165-4 湿空气的性质湿空气的性质

13、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

14、分压力之和：气的分压力与干空气的分压力之和：第15页/共31页171.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 第16页/共31页182.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

15、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：第17页/共31页193.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：第18页/共31页20（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

16、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。第19页/共31页21（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：第20页

17、/共31页224.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:第21页/共31页23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。第22页/共31页245.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

18、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）第23页/共31页256.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 第24页/共31页265-5 湿空气的基本热力过程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，

19、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。第25页/共31页27在在焓焓-湿图中湿图中湿空气的加热过程如湿空气的

20、加热过程如12所示。所示。加热后的湿空气送加热后的湿空气送入干燥室吸收被干燥物入干燥室吸收被干燥物料的水份。如果忽略干料的水份。如果忽略干燥室与外界的热量交换，燥室与外界的热量交换，物料中水份蒸发所吸收物料中水份蒸发所吸收的潜热完全来自湿空气，的潜热完全来自湿空气，因此物料干燥过程对湿因此物料干燥过程对湿空气来说是空气来说是绝热加湿过绝热加湿过程，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 增加，其焓值增加，其焓值基本不变，如基本不变，如23所示。所示。第26页/共31页282.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

21、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。第27页/共31页295-6 干湿球温度计干湿球温度计 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

22、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 tw第28页/共31页30 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

23、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

24、确定空气相对湿度相对湿度的大小。的大小。第29页/共31页31第五章小结第五章小结第五章小结第五章小结(1)(1)水水水水蒸蒸蒸蒸气气气气的的的的定定定定压压压压加加加加热热热热产产产产生生生生过过过过程程程程，在在在在 p-v p-v 图图图图和和和和 T-s 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；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)(2)利利利利用用用用水水水水和和和和水水水水蒸蒸蒸蒸气气气气表表表表及及及及水水水水蒸蒸蒸蒸气气气气的的的的焓焓焓焓熵熵熵熵图图图图确确确确定定定定水蒸气的状态参数。水蒸气的状态参数。水蒸气的状态参数。水蒸气的状态参数。(3)(3)湿湿湿湿空空空空气气气气的的的的性性性性质质质质及及及及其其其其描描描描述述述述方方方方法法法法，利利利利用用用用焓焓-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：重点掌握：重点掌握：第30页/共31页