湿空气
一、湿空气的一般概念 *湿空气：干空气和水蒸气组成的混合气体--混合理想气体。
*湿空气的总压力p=pa+pv *在采暖与空调等工程中的湿空气是环境大气，B=pa+pv。
二、饱和湿空气 未饱和湿空气—过热水蒸
气＋干空气，如点A。
饱和湿空气—饱和水蒸气
＋干空气，如点B。 露点温度（露点）—pv对
*当温度超过一定值tc时，液相不可能存在，而只可 能是气相。
思考题
有没有500ºC的水？
水蒸气的 h-s图
h-s图的结构： C—临界点，
六类等值线簇: 定焓线、定熵线、定压线、定温线定容 线、定干度线。
四、 水蒸气的基本热力过程 ---四个过程
可利用的公式： •热力学第一定律 •可逆过程的公式
不可利用的公式： •理想气体的公式
2) 柴油机的理论循环—定压加热循环（狄塞尔循环）
p 2
3
s
s
T
2
4
1
1
v
一个定压、一个定容、两个定熵 过程构成
3
p
4
v
s
定压加热循环的计算
T
3
吸热量 q1 cp T3 T2
放热量 q2 cv T4 T1
三个阶段： ①水的预热过程
—未饱和水(0.01℃)→饱和水(ts)；
②水的汽化过程
—饱和水(ts)→干饱和水蒸气(ts)；
③水蒸气的过热过程
—饱和水蒸气（ts）→过热水蒸气(t)。
汽化潜热---1kg饱和水汽化成为干饱和水蒸气所需的热量。
压力越高，汽化潜热越小。在临界压力下，汽化潜热为零。
水蒸气定压发生过程说明
2 管内定熵流动的基本特性
喷管—利用气体压降使气流加速的管道。即dcf>0。
扩压管—利用气体流速逐渐降低而使气体压力增高的设备。
即dcf<0。
喷管中气体状态的变化为：
dcf>0 → dh＜0、dp＜0、dv＞0 。
扩压管中气体状态的变化为： dp>0 → dcf<0 、dh>0、dv<0 。
扩压管与喷管的区别与联系
动力循环分类： 凝汽式动力循环 --排汽压力低于大气压力的动力循环。 背压式动力循环 ---排汽压力高于大气压力动力循环. 调节抽汽式动力循环 --凝汽式与背压式组合的动力循环.
热电联产的热效率比朗肯循环低， 热能利用率最高 K=1
五、内燃机循环
1)汽油机理论循环─定容加热循环（奥托循环）
p 3
T 3
*热力设备：蒸汽锅炉、汽轮机、给水泵和冷凝器。
锅 炉
4
1 汽轮机 12 汽轮机 s 膨胀 23 凝汽器 p 放热
发电机 34 给水泵 s 压缩
2
41 锅炉 p 吸热
凝汽器
给水泵 3
郎肯循环
*朗肯循环工作循环:两个可逆定
压和两个可逆绝热组成的理想循环。
*热力过程： 0-1—定压吸热过程， 1-2—绝热膨胀过程， 2-3—定压放热过程， 3-0—绝热加压过程。
吸收水蒸气的能力愈弱; Φ ↓→湿空气干燥，吸收水蒸气 的能力↑
*Φ为0时，即为干空气； Φ为100% ，即为饱和湿空气； Φ介于0—1之间的湿空气是未饱和湿空气。
*Φ的测量：干湿球温度计
3 含湿量d —单位质量干空气的湿空气含有的水蒸气的质量。
d mv 1000 622 pv 622 ps
注册公用设备工程师考试 专业基础课辅导
工程热力学
辅导人 北京建筑工程学院 邱 林
第六部分 水蒸气和湿空气
一、水蒸气的基本概念
水蒸气不是理性气体，而是离液相较近的实际气体。 一）冷凝、汽化、蒸发和沸腾
气化---液相转变为气相的过程，反过程叫冷凝。 气化分蒸发和沸腾 蒸发—液体表面的汽化过程，任何温度都可以发生 沸腾---液体内部的汽化过程，达到沸点温度时才会 发生
出口压力等于环境压 力
1)当
pb p0
pc p0
即 pb pc
采用渐缩喷管。
2）当
pb p0
pc p0
即
pb pc
采用缩扩喷管。
** 渐缩喷管的校和计算---确 定
p2
已知 p0、T0、k、pb、f
p p 1) 当 pb pc 即
p0
p0
b
c
p2 pb
2）当
二）饱和状态
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
饱和温度Ts 饱和压力ps
一一对应 Ts
ps
饱和状态有三种状态,分别: ----饱和水，湿蒸汽，干饱和蒸汽
ps=1.01325bar
青藏 ps=0.6bar 高压锅ps=1.6bar
Ts=100 ℃ Ts=85.95 ℃
Ts=113.32 ℃
二、 水蒸气的定压发生过程
缩放型喷管的最小截面处称为喉部，Ma=1，dA=0。临界截面。
扩压管：Ma>l，采用渐缩扩压管。 Ma<1，采用渐扩扩压管。 Ma > 1→ Ma ＜ 1 ，采用渐缩渐扩扩压管。
3 气体的流速及临界流速
绝热流动的能量关系式 通常取cf0＝0，出口流速为：
h0
h2
1 2
(cf22
cf20 )
过热蒸汽 过热度 t过热 t ts
水蒸气的p-v图和T-s图
水蒸气的相变图线可以总结为： 一点(临界点)、 二线(上界线、下界线) 三区(液态区、湿蒸汽区、气态区) 五态(未饱和水状态、饱和水状态、湿饱和蒸汽状态、 干饱和蒸汽状态、过热蒸汽状态)
水和水蒸气状态参数确定的原则
1、未饱和水及过热蒸汽 确定任意两个独立参数，如：p、T
扩压管是在已知进口参数、 定熵流动的基本关系式
进口速度和出口速度的情 和管道截面变化规律的
况下计算出口压力
关系式相同
马赫数:气体流速与当地声速的比值。Ma=cf/a Ma<l，即cf<a，亚音速； Ma>l，即cf>a，超音速； Ma=l，即cf=a， 音速 管道截面变化与气流速度变化的关系：
喷管： Ma＜1时， 采用渐缩喷管； Ma > 1时，采用渐扩喷管； Ma＜1→ Ma > 1，采用缩放型喷管（拉伐尔喷管）
应的饱和温度。
三、绝对湿度、相对湿度、含湿量和焓
1 绝对湿度—每立方米湿空气中含有的水蒸气的质量—
即水蒸气密度。
v
mv V
2 相对湿度--湿空气中水蒸气的分压力pv与同温度下饱和 湿空气中水蒸气分压力ps的比值: pv v
ps s
*Φ说明了吸收水蒸气的能力。 Φ值愈大，湿空气愈潮湿，
5 干球温度与湿球温度
湿球温度的形成过程
近似看做是定焓过程。
干球温度、湿球温度与露点三者的关系： 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
四、焓湿图（h-d图）
焓-湿图上有下述图线 ①定含湿量线 ②定焓线。 ③定温线。 ④定相对湿度线。⑤水蒸气分压力线。
(1) Q U W U pdV H
(2) S Sf Sg 0
只有熵加热时永远增加
(3) 实际气体 h f (T )
实际气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加
h '' h ' 汽化潜热 (4) 未饱和水 过冷度 t过冷 ts t 过冷水
s
2
s
4
v
4 2
v
1
1
v
s
两个定容、两个定熵过程构成
定容加热理论循环的计算
吸热量 q1 cv T3 T2
T
放热量 q2 cv T4 T1
循环净功 w0 q1 q2
循环热效率
t
w0 q1
1
q2 q1
2
tV
1 T4 T1 T3 T2
1 T1 T4 T2 T3
二、朗肯循环热效率分析
* 热计算
工质吸热 工质放热
q1＝h1－h0
q2 h2 h3
汽轮机所作轴功 水泵耗功可忽略 循环净功
(ws,T)1-2＝h1－h2 w0 (h1 h2 )
朗肯循环热效率
t
w0 q1
h1 h2 h1 h0
提高朗肯循环热效率的途径
1、提高蒸汽初温 乏汽的干度增大，有利改善汽轮机工作条件 注意，要求锅炉材料具有较好的耐热性
T1 1 T2 1
1
因 s23 s14
即
cv
ln
T3 T2
cv
ln
T4 T1
有
T3 T4 T2 T1
3
v
4
v
s
代入上式 得
tv
1 T1 T2
1 1
T2 T1
1
v1
1 v2
1
tv
1
1
1
ε -压缩比,
表示压缩过程中工质体积被压缩的程度。
pb p0
pc p0
即
pb pc
喷管的最大流量
mm ax
f ccc vc
p2 pc
kg/s
5.绝热节流
定义：气体在管道中流过突然缩小的截面， 而又未及与外界进行热量交换的过程
特点： 1）绝热节流过程前后的焓相等，但 整个过程绝不是等焓过程。
在缩孔附近，流速 ，焓
h2 h1
2）不可逆性
管道截面积的变化 系统的外部条件
绝热流动的基本方程
稳态稳流(稳定流动)
状态不随时间变化
恒定的流量
几个基本方程
连续性方程
绝热稳定流动 能量方程
定熵过程 方程
基本方程
①连续性方程式：
qm
Ac f v
常量
②过程方程式：
pv 常量
③能量方程式：
h1
h2
1 2
(c
2 f
2
c
2 f1
)
动能的增加等于气流焓值的减少
pc 0.487 p0
pc 0.528 p0
pc 面的质量流量都是相同。 常取最小截面来计算。
最大流量----出口截面压力比等于临界压力比时有极大值。
喷管的计算 * 喷管的设计计算—选型
已知 p0、T0、k、pb、f
出发点： p2 pb
绝热节流前后参数的变化 (1) 对理想气体
温度不变
焓不变
压力下降
比容增加
熵增加
注:理想气体的焓 是温度的单值函数
(2) 对实际气体
节流前后焓不变,温度不一定 绝热节流温度效应
热效应 温度升高
零效应 温度不变
冷效应 温度降低
温度效应只与气体的性质有关,与其状态无关
第八部分 动力循环
一、朗肯循环 水蒸气动力循环系统的简化
2、饱和水和干饱和蒸汽 确定一个独立参数p或T
3、湿饱和蒸汽 除p或T外，其它参数与两相比例x有关
两相比例由干度x确定
定义
x
干饱和蒸汽质量＝ mv 湿饱和蒸汽质量 mv mf
—湿饱和蒸汽中干饱和 蒸汽的质量分数
干饱和蒸汽
饱和水
对干度x的说明： x = 0 饱和水 x = 1 干饱和蒸汽 0≤x ≤1 在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义
ma
p pv
p ps
4 湿空气的焓--- 1kg干空气的焓与d g水蒸气的焓之和
h ha 0.001dhv
ha c p0,a t 1.004kJ/(kg K) t
hv L0C cp0,vt 2501 kJ/kg 1.86kJ/(kg K) t
cf2 2(h0 h2 )
临界流速--气流处于临界状态时，气流速度等于声速。
临界压力比
--临界流速对应的压力（喉部压力）与进口压力之比 (pc/p0)。
理想气体：
pc p0
( 2 ) ( 1)
1
单原子气体：κ＝1.67 双原子气体：κ＝1.40 多原子气体：κ＝1.30
五、湿空气的基本热力过程
• 干加热(或冷却)过程 • 含湿量保持不变 • 过程中吸放热量： q=h2-h1
•绝热加湿过程
•冷却去湿过程
第七部分 气体和蒸汽的流动
1 稳定流动的基本方程式
气体和蒸汽在管道中的稳定流动 —属绝热流动
关键:
状态参数变化
气体流动过程中 气流速度变化
的规律
能量转换
影响气体在管内流的
三、 水蒸气热力性质表和图
水蒸气的状态参数可根据水蒸气表和图查得。
基准点---水的三相点为基准
p＝0.611 2 kPa，v＝0.001 m3/kg , T＝273.16 K,u=0,s=0
临界点---液相与气相平衡共存点。 水的临界参数值为：tc=374.15℃，pc=22.129 MPa。 *临界温度和压力是液相与气相能够平衡共存时的最 高值。
2、提高蒸汽初压 终态干度减小，引起汽轮机内部的耗 散增加。 3、 降低乏汽压力
乏汽的凝结温度主要取决于自然环境的温度。
三、再热循环与回热循环
再 热 循 环
再热循环热效率比朗肯循环高，
乏汽的干度显著的提高。
回 热 循 环
抽汽回热循环的热效率高 于朗肯循环热效率。
四、热电循环
既发电又供热的动力循环称为热电循环—热电联产。 热能利用率K： 可利用的能量与热源提供的总能量之比。
湿饱和蒸汽区状态参数的确定
如果有1kg湿蒸气，干度为x, 即有 xkg饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。
h xh" (1 x)h' v xv" (1 x)v' s xs" (1 x)s'
y xy" (1 x) y' y' x( y" y')
x y y' y" y'
