注册设备工程师10年培训课件工程热力学.ppt
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1、注册设备工程师注册设备工程师10年培训课件工程热年培训课件工程热力学力学2第六部分第六部分 水蒸气和湿空气水蒸气和湿空气 水蒸气的基本概念水蒸气的基本概念 水蒸气不是理性气体,而是离液相较近的水蒸气不是理性气体,而是离液相较近的实际气体实际气体 一)冷凝、汽化、蒸发和沸腾一)冷凝、汽化、蒸发和沸腾气化气化-液相转变为气相的过程,反过程叫液相转变为气相的过程,反过程叫冷凝冷凝。气化分气化分蒸发蒸发和和沸腾沸腾蒸发蒸发液体液体表面表面的汽化过程,任何温度都可以发生的汽化过程,任何温度都可以发生沸腾沸腾-液体液体内部内部的汽化过程,达到沸点温度时才会的汽化过程,达到沸点温度时才会发生发生3二)饱和状
2、态二)饱和状态饱和状态:汽化与凝结的动态平衡饱和状态:汽化与凝结的动态平衡饱和温度饱和温度Ts饱和压力饱和压力ps一一对应一一对应 TspspsTs=100 青藏青藏 psTs=85.95 高压锅高压锅psTs=113.32 饱和状态饱和状态有三种状态有三种状态,分别分别:-饱和水,湿蒸汽,干饱和蒸汽饱和水,湿蒸汽,干饱和蒸汽4二、水蒸气的定压发生过程水蒸气的定压发生过程三个阶段:三个阶段:水的水的预热过程预热过程 未饱和水未饱和水(0.01)饱和水饱和水(ts);水的水的汽化过程汽化过程 饱和水饱和水(ts)干饱和水蒸气干饱和水蒸气(ts);水蒸气的水蒸气的过热过程过热过程 饱和水蒸气饱和水
3、蒸气(ts)过热水蒸气过热水蒸气(t)。汽化潜热汽化潜热-1kg饱和水汽化成为干饱和水蒸气所需的热量。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。压力越高,汽化潜热越小。在临界压力下,汽化潜热为零。56水蒸气定压发生过程说明水蒸气定压发生过程说明(1)QUWUpdVH (2)fg0SSS 只有熵加热时永远增加只有熵加热时永远增加(3)实际气体实际气体()hf T实际气体汽化时,实际气体汽化时,TTs不变,但不变,但h增加增加hh汽化潜热汽化潜热(4)未饱和水未饱和水过冷度过冷度sttt过冷过冷水过冷水过热蒸汽过热蒸汽过热度过热度sttt过热7水蒸气
4、的水蒸气的p-v图和图和T-s图图水蒸气的相变图线可以总结为:水蒸气的相变图线可以总结为:一点一点(临界点临界点)、二线二线(上界线、下界线上界线、下界线)三区三区(液态区、湿蒸汽区、气态区液态区、湿蒸汽区、气态区)五态五态(未饱和水状态、饱和水状态、湿饱和蒸汽状态、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、过热蒸汽状态干饱和蒸汽状态、过热蒸汽状态)8水和水蒸气状态参数水和水蒸气状态参数确定的原则确定的原则1、未饱和水及过热蒸汽、未饱和水及过热蒸汽确定任意确定任意两个两个独立参数,如:独立参数,如:p、T2、饱和水和干饱和蒸汽、饱和水和干饱和蒸汽确定确定一一个个独立参数独立参数
5、p或或T3、湿饱和蒸汽、湿饱和蒸汽除除p或或T外,其它参数与两相比例外,其它参数与两相比例x有关有关9两相比例由两相比例由干度干度x确定确定定义定义干饱和蒸汽干饱和蒸汽fmxmmvv干饱和蒸汽质量湿饱和蒸汽质量饱和水饱和水对干度对干度x的说明:的说明:x=0 饱和水饱和水x=1 干饱和蒸汽干饱和蒸汽0 x 1在过冷水和过热蒸汽区域,在过冷水和过热蒸汽区域,x无意义无意义湿饱和蒸汽中干饱和湿饱和蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数蒸汽的质量分数10湿饱和蒸汽区状态参数湿饱和蒸汽区状态参数的确定的确定 如果有如果有1kg湿蒸气,干度为湿蒸气,干度为x,即有即有xkg饱和蒸汽,饱和蒸汽,(1-x)kg饱和水。
6、饱和水。(1)()yxyx yyx yy)1()1()1(sxxssvxxvvhxxhhyyxyy11三、三、水蒸气热力性质表和图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。水蒸气的状态参数可根据水蒸气表和图查得。基准点基准点-水的三相点为基准水的三相点为基准 p0.611 2 kPa,v0.001 m3/kg,T273.16K,u=0,s=0u=0,s=0临界点临界点-液相与气相平衡共存点。液相与气相平衡共存点。水的临界参数值为:水的临界参数值为:tc=374.15tc=374.15,p pc c=22.129 MPa=22.129 MPa。*临界温度和压力是液相与气相能够平
7、衡共存时的临界温度和压力是液相与气相能够平衡共存时的最最高值高值。*当温度超过一定值当温度超过一定值tctc时,时,液相不可能存在液相不可能存在,而只可,而只可能是气相。能是气相。思考题思考题有没有有没有500C的水?的水?12 水蒸气的水蒸气的 h-s图图h-s图的结构:图的结构:C临界点,临界点,六类等值线簇六类等值线簇:定焓线、定熵线、定焓线、定熵线、定压线、定温线定容定压线、定温线定容线、定干度线线、定干度线。四、四、水蒸气的基本热力过程水蒸气的基本热力过程-四个过程四个过程可利用的公式:可利用的公式:热力学第一定律热力学第一定律可逆过程的公式可逆过程的公式不可利用的公式:不可利用的公
8、式:理想气体的公式理想气体的公式13二、饱和湿空气二、饱和湿空气未饱和湿空气未饱和湿空气过热水蒸过热水蒸气干空气,如点气干空气,如点A。饱和湿空气饱和湿空气饱和水蒸气饱和水蒸气干空气,如点干空气,如点B。露点温度露点温度(露点露点)pv对对应的饱和温度。应的饱和温度。湿空气湿空气一、湿空气的一般概念一、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湿空气:干空气和水蒸气组成的混合气体-混合理想气体混合理想气体。*湿空气的总压力湿空气的总压力p=pp=pa a+p+pv v*在采暖与空调等工程中的湿空气是环境大气,在采暖与空调等工程中的湿空气是环境大气,B=pB=pa a+p+pv v。
9、14vsvspp2 2 相对湿度相对湿度-湿空气中水蒸气的分压力湿空气中水蒸气的分压力p pv v与同温度下饱和与同温度下饱和湿空气中水蒸气分压力湿空气中水蒸气分压力p ps s的比值的比值:*的测量:干湿球温度计的测量:干湿球温度计*说明了吸收水蒸气的能力。说明了吸收水蒸气的能力。值愈大,湿空气愈潮湿,值愈大,湿空气愈潮湿,吸收水蒸气的能力愈弱吸收水蒸气的能力愈弱;湿空气干燥,吸收水蒸气湿空气干燥,吸收水蒸气的能力的能力*为为0 0时,即为干空气;时,即为干空气;为为100%100%,即为饱和湿空气;,即为饱和湿空气;介于介于0101之间的湿空气是未饱和湿空气。之间的湿空气是未饱和湿空气。三
10、、绝对湿度、相对湿度、含湿量和焓三、绝对湿度、相对湿度、含湿量和焓1 1 绝对湿度绝对湿度每立方米湿空气中含有的水蒸气的质量每立方米湿空气中含有的水蒸气的质量即水蒸气密度。即水蒸气密度。vvmV153 3 含湿量含湿量d 单位质量干空气的湿空气含有的水蒸气的质量。单位质量干空气的湿空气含有的水蒸气的质量。vsvs1000622622vamppdmpppp4 4 湿空气的焓湿空气的焓-1kg干空气的焓与干空气的焓与d g水蒸气的焓之和水蒸气的焓之和va001.0dhhhttchpK)kJ/(kg004.1a,0attcLhpK)kJ/(kg86.1kJ/kg2501v,0C0v5 5 干球温度与
11、湿球温度干球温度与湿球温度湿球温度的形成过程湿球温度的形成过程近似看做是近似看做是定焓定焓过程过程。干球温度、湿球温度与露点三者的关系:干球温度、湿球温度与露点三者的关系:未饱和湿空气:干球温度未饱和湿空气:干球温度 湿球温度湿球温度 露点温度露点温度饱和湿空气:饱和湿空气:干球温度干球温度=湿球温度湿球温度=露点温度露点温度16焓焓-湿图上有下述图线湿图上有下述图线定含湿量线定含湿量线 定焓线。定焓线。定温线。定温线。定相对湿度线。定相对湿度线。水蒸气分压力线。水蒸气分压力线。四、焓湿图(四、焓湿图(h-d图)图)干加热干加热(或冷却或冷却)过程过程 含湿量保持不变含湿量保持不变 过程中吸放
12、热量:过程中吸放热量:q=hq=h2 2-h-h1 1五、湿空气的基本热力过程五、湿空气的基本热力过程绝热加湿过程绝热加湿过程冷却去湿过程冷却去湿过程17第七部分第七部分 气体和蒸汽气体和蒸汽的流动的流动1 1 稳定流动的基本方程式稳定流动的基本方程式气体和蒸汽在管道中的稳定流动气体和蒸汽在管道中的稳定流动属属绝热流动绝热流动关键关键:气体流动过程中气体流动过程中气流速度变化气流速度变化能量转换能量转换状态参数变化状态参数变化的规律的规律影响气体在管内流的影响气体在管内流的系统的外部条件系统的外部条件管道截面积的变化管道截面积的变化18绝热流动的基本方程绝热流动的基本方程稳态稳态稳流稳流(稳定
13、流动稳定流动)状态不随时间变化状态不随时间变化恒定的流量恒定的流量几个基本方程几个基本方程连续性方程连续性方程绝热稳定流动绝热稳定流动能量方程能量方程定熵过程定熵过程方程方程19基本方程基本方程常量vAcqfm连续性方程式:连续性方程式:过程方程式:过程方程式:能量方程式:能量方程式:动能的增加动能的增加等于气流等于气流焓值的减少焓值的减少2212211()2ffhhcc常量pv20定熵流动的定熵流动的基本关系式基本关系式和和管道截面变化规律管道截面变化规律的的关系式相同关系式相同扩压管是在已知扩压管是在已知进口参数、进口参数、进口速度进口速度和和出口速度出口速度的情的情况下计算况下计算出口压
14、力出口压力扩压管与喷管的扩压管与喷管的区别区别与与联系联系喷管喷管利用气体压降使气流加速的管道。即利用气体压降使气流加速的管道。即d dc cf f00。扩压管扩压管利用气体流速逐渐降低而使气体压力增高的设备。利用气体流速逐渐降低而使气体压力增高的设备。即即d dc cf f00 dh0、dp0、dv0。扩压管扩压管中气体状态的变化为中气体状态的变化为:dp0 dcf0、dv 1 1时,采用渐扩喷管;时,采用渐扩喷管;MaMa1 1 Ma Ma 1 1,采用缩放型喷管(拉伐尔喷管),采用缩放型喷管(拉伐尔喷管)缩放型喷管的最小截面处称为喉部,缩放型喷管的最小截面处称为喉部,Ma=1Ma=1,d
15、A=0dA=0。临界截面临界截面。扩压管扩压管:MaMall,采用渐缩扩压管。,采用渐缩扩压管。MaMa1 1 1 Ma Ma 1 1 ,采用渐缩渐扩扩压管。,采用渐缩渐扩扩压管。马赫数马赫数:气体流速与当地声速的比值。气体流速与当地声速的比值。Ma=cMa=cf f/a /a MalMal,即,即c cf falMal,即,即c cf faa,超音速;,超音速;Ma=lMa=l,即,即c cf f=a=a,音速音速223 3 气体的流速及临界流速气体的流速及临界流速绝热流动的能量关系式绝热流动的能量关系式)(212f02f220cchh通常取通常取cf00,出口流速出口流速为为:)(220f
16、2hhc临界流速临界流速-气流处于临界状态时,气流速度等于声速。气流处于临界状态时,气流速度等于声速。临界压力比临界压力比-临界流速对应的压力(临界流速对应的压力(喉部压力喉部压力与进口压力之比与进口压力之比 (pc/p0)。)1(0c)12(pp23 546.00cpp单原子气体:单原子气体:多原子气体:多原子气体:1.30 双原子气体:双原子气体:528.00cpp487.00cpp4.4.喷管流量的计算喷管流量的计算 在稳定流动中,气体任何截面的质量流量都是在稳定流动中,气体任何截面的质量流量都是相同相同。常取常取最小截面最小截面来计算。来计算。最大流量最大流量出口截面压力比等于临界压力
17、比出口截面压力比等于临界压力比时有时有极大极大值。值。24喷管的计算喷管的计算fpkTpb、00*喷管的设计计算喷管的设计计算选型选型bpp 2已知已知00ppppcbcbpp 1)1)当当 即即 采用渐缩喷管。采用渐缩喷管。00ppppcbcbpp 2 2)当当 即即 采用缩扩喷管。采用缩扩喷管。出发点:出发点:出口压力等于环境压出口压力等于环境压力力25*渐缩喷管的校和计算渐缩喷管的校和计算-确确定定fpkTpb、00已知已知00ppppcbcbpp 1)1)当当 即即 bpp 200ppppcbcbpp 2 2)当当 即即 cpp 2喷管的最大流量喷管的最大流量 cccvcfmmax k
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