第五章水蒸气与湿空气

工程热力学与传热学

第五章 水蒸气与湿空气 典型问题分析

一. 基本概念分析

1

2

3

4

5

6

7

8

9 临界点时，饱和液体的焓等于干饱和蒸汽的焓。 某液体的温度为T，若其压力大于T 对应的饱和压力，则该液体一定处于未饱和液体状态。 干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为（ ）。 知道了温度和压力，就可以确定水蒸气的状态。 水蒸气的定温膨胀过程满足 Q=W。 相对湿度为=0时，说明空气中完全没有水蒸气。 相对湿度为=1时，说明空气中都是水蒸气。 空气的相对湿度越大，其含湿量越高。 对未饱和湿空气，露点温度即水蒸气分压力所对应的水的饱和温度。

10 pV=nRT 公式适用于 （1）水蒸气（2）湿空气（3）理想气体。

11 湿空气的d一定时，温度越高，其吸湿能力 （1）越强（2）越弱（3）相等。 12 湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于

（1）含湿量（2）相对湿度（3）露点。

13 冬季，室内玻璃窗内侧为什么会结霜？

14 为什么阴天晾衣服不宜干，而晴天易干？

15 冬季室内供暖，为何要加湿？

16 霉季时，冷水管的表面常有水滴出现，为什么？

二. 计算题分析

1 利用水蒸气表，确定下列各点的状态

（1）t=45 ºC, v=0.00100993 m3/kg ;

（2）t=200 ºC, x= 0.9 ;

（3）p=0.5 MPa, t= 165ºC ;

（4）p=0.5 MPa, v=0.545 m3/kg

2 水蒸气由p1 = 1 MPa , t1 =300ºC 可逆绝热膨胀到p2 = 0.1 MPa , 求1kg水蒸气所作的膨胀功和技术功。

3 房间的容积为50m3, 室内空气温度为30ºC，相对湿度为60%，大气压力为0.1013MPa，求：湿空气的露点温度td，含湿量d，空气的质量ma，水蒸气质量mv。

一. 基本概念分析解答

1 √；2 √；3 过热蒸汽；4 ╳；5 ╳；6 √；7 ╳；8 ╳；9 √；

10 （2）（3）；11 （1）；12（1）；

二. 计算题分析解答

1. 解：（1）由已知温度，查饱和水与饱和水蒸气表，知：v'0.00101m3/kgv，确定该状态为饱和水，查饱和水与饱和蒸汽表得：

ps0.01MPa,h191.76kJ/kg,s0.6490kJ/(kg.K)

（2）该状态为湿蒸汽，查饱和水与饱和水蒸汽表，得：

h'852.34kJ/kg,h''2792.47kJ/kg,s'2.3307kJ/(kg.K),s''6.4312kJ/(kg.K)hxxh''(1x)h'0.92792.47kJ/kg(10.9)852.34kJ/kg2598.5kJ/kgsxxs''(1x)s'0.96.4312kJ/(kg.K)(10.9)2.3307kJ/(kg.K)6.0212kJ/(kg.K)

（3）p0.5MPa,

表得： 查未饱和水和过热水蒸气ts151.867C, 现 tts,所以为过热蒸汽状态，

p0.5MPa,t160C,h2767.2kJ/kg,s6.8647kJ/(kg.K)，

p0.5MPa,t170C,h2789.6kJ/kg,s6.9160kJ/(kg.K)，

题给出t165C,故焓和熵可从上面两者之间按线性插值求得：

h2778.7kJ/kg,s6.8904kJ/(kg.K)

（4）p0.5MPa时，饱和蒸汽的比体积v0.37490m/kg,

状态，查未饱和水和过热蒸汽表得： ''3vv''，所以该状态为过热蒸汽

p0.5MPa,t320C,v0.54164m3/kg,h3104.9kJ/kg,s7.5297kJ/(kg.K)p0.5MPa,t330C,v0.55115m3/kg,h3125.6kJ/kg,s7.5643kJ/(kg.K)按线性插值求得：t323.6C,h3112.4kJ/kg,s7.5422kJ/(kg.K)。

2. 解：首先由水蒸气表查出初态参数。根据p11MPa,

查未饱和水和过热蒸汽表，得：t1300C

v10.25793m3/kg,h13050.4kJ/kg,s17.1216kJ/(kg.K),

u1h1p1v13050.4kJ/kg110Pa0.25793m/kg2792.47kJ/kg根据p20.1MPa,63 s2s17.1216kJ/(kg.K)，求出终态参数： s2s'(7.12131.3028)kJ/(kg.K)计算湿蒸汽的干度：x''0.9608， '(7.35891.3028)kJ/(kg.K)ss

于是求得：

h2(1x)h'xh''(10.9608)417.52kJ/kg0.96082675.1kJ/kg2586.6kJ/kg,v2(1x)v'xv''(10.9608)0.0010431m3/kg0.96081.6943m3/kg1.6279m3/kg,

u2h2p2v22586.6kJ/kg0.1106Pa1.6279m3/kg2423.8kJ/kg于是可得蒸汽对外所作的轴功和膨胀功为：

wsh1h23050.4kJ/kg2586.6kJ/kg463.8kJ/kg,

wu1u22792.47kJ/kg2423.8kJ/kg368.67kJ/kg 分析：蒸汽在蒸汽机或蒸汽轮机内膨胀时，如果忽略散热并假设没有摩擦损失，故可以按理想绝热过程计算。

3. 解：由饱和水蒸气表查得：t30C时,ps4241Pa，所以：

pvps0.64241Pa2544.6Pa，对应于此分压力时的饱和温度即为湿空气的露点温度，从饱和水蒸气表查得：td21.38C， 含湿量：d0.622pv2544.6Pa， 0.6220.0161kg(水蒸气）/kg（干空气）ppv101300Pa2544.6Pa

干空气分压力：pappv101300Pa2544.6Pa98755.4Pa， paV98755.4P50m3

干空气质量：ma56.75kg， Rg,aT287j/(kg.K)(30273)K

水蒸气质量：mvdma0.0160kg(水蒸气）/kg（干空气）56.75kg(干空气）0.91kg

工程热力学与传热学

第五章 水蒸气与湿空气 典型问题分析

一. 基本概念分析

1

2

3

4

5

6

7

8

9 临界点时，饱和液体的焓等于干饱和蒸汽的焓。 某液体的温度为T，若其压力大于T 对应的饱和压力，则该液体一定处于未饱和液体状态。 干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为（ ）。 知道了温度和压力，就可以确定水蒸气的状态。 水蒸气的定温膨胀过程满足 Q=W。 相对湿度为=0时，说明空气中完全没有水蒸气。 相对湿度为=1时，说明空气中都是水蒸气。 空气的相对湿度越大，其含湿量越高。 对未饱和湿空气，露点温度即水蒸气分压力所对应的水的饱和温度。

10 pV=nRT 公式适用于 （1）水蒸气（2）湿空气（3）理想气体。

11 湿空气的d一定时，温度越高，其吸湿能力 （1）越强（2）越弱（3）相等。 12 湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于

（1）含湿量（2）相对湿度（3）露点。

13 冬季，室内玻璃窗内侧为什么会结霜？

14 为什么阴天晾衣服不宜干，而晴天易干？

15 冬季室内供暖，为何要加湿？

16 霉季时，冷水管的表面常有水滴出现，为什么？

二. 计算题分析

1 利用水蒸气表，确定下列各点的状态

（1）t=45 ºC, v=0.00100993 m3/kg ;

（2）t=200 ºC, x= 0.9 ;

（3）p=0.5 MPa, t= 165ºC ;

（4）p=0.5 MPa, v=0.545 m3/kg

2 水蒸气由p1 = 1 MPa , t1 =300ºC 可逆绝热膨胀到p2 = 0.1 MPa , 求1kg水蒸气所作的膨胀功和技术功。

3 房间的容积为50m3, 室内空气温度为30ºC，相对湿度为60%，大气压力为0.1013MPa，求：湿空气的露点温度td，含湿量d，空气的质量ma，水蒸气质量mv。

一. 基本概念分析解答

1 √；2 √；3 过热蒸汽；4 ╳；5 ╳；6 √；7 ╳；8 ╳；9 √；

10 （2）（3）；11 （1）；12（1）；

二. 计算题分析解答

1. 解：（1）由已知温度，查饱和水与饱和水蒸气表，知：v'0.00101m3/kgv，确定该状态为饱和水，查饱和水与饱和蒸汽表得：

ps0.01MPa,h191.76kJ/kg,s0.6490kJ/(kg.K)

（2）该状态为湿蒸汽，查饱和水与饱和水蒸汽表，得：

h'852.34kJ/kg,h''2792.47kJ/kg,s'2.3307kJ/(kg.K),s''6.4312kJ/(kg.K)hxxh''(1x)h'0.92792.47kJ/kg(10.9)852.34kJ/kg2598.5kJ/kgsxxs''(1x)s'0.96.4312kJ/(kg.K)(10.9)2.3307kJ/(kg.K)6.0212kJ/(kg.K)

（3）p0.5MPa,

表得： 查未饱和水和过热水蒸气ts151.867C, 现 tts,所以为过热蒸汽状态，

p0.5MPa,t160C,h2767.2kJ/kg,s6.8647kJ/(kg.K)，

p0.5MPa,t170C,h2789.6kJ/kg,s6.9160kJ/(kg.K)，

题给出t165C,故焓和熵可从上面两者之间按线性插值求得：

h2778.7kJ/kg,s6.8904kJ/(kg.K)

（4）p0.5MPa时，饱和蒸汽的比体积v0.37490m/kg,

状态，查未饱和水和过热蒸汽表得： ''3vv''，所以该状态为过热蒸汽

p0.5MPa,t320C,v0.54164m3/kg,h3104.9kJ/kg,s7.5297kJ/(kg.K)p0.5MPa,t330C,v0.55115m3/kg,h3125.6kJ/kg,s7.5643kJ/(kg.K)按线性插值求得：t323.6C,h3112.4kJ/kg,s7.5422kJ/(kg.K)。

2. 解：首先由水蒸气表查出初态参数。根据p11MPa,

查未饱和水和过热蒸汽表，得：t1300C

v10.25793m3/kg,h13050.4kJ/kg,s17.1216kJ/(kg.K),

u1h1p1v13050.4kJ/kg110Pa0.25793m/kg2792.47kJ/kg根据p20.1MPa,63 s2s17.1216kJ/(kg.K)，求出终态参数： s2s'(7.12131.3028)kJ/(kg.K)计算湿蒸汽的干度：x''0.9608， '(7.35891.3028)kJ/(kg.K)ss

于是求得：

h2(1x)h'xh''(10.9608)417.52kJ/kg0.96082675.1kJ/kg2586.6kJ/kg,v2(1x)v'xv''(10.9608)0.0010431m3/kg0.96081.6943m3/kg1.6279m3/kg,

u2h2p2v22586.6kJ/kg0.1106Pa1.6279m3/kg2423.8kJ/kg于是可得蒸汽对外所作的轴功和膨胀功为：

wsh1h23050.4kJ/kg2586.6kJ/kg463.8kJ/kg,

wu1u22792.47kJ/kg2423.8kJ/kg368.67kJ/kg 分析：蒸汽在蒸汽机或蒸汽轮机内膨胀时，如果忽略散热并假设没有摩擦损失，故可以按理想绝热过程计算。

3. 解：由饱和水蒸气表查得：t30C时,ps4241Pa，所以：

pvps0.64241Pa2544.6Pa，对应于此分压力时的饱和温度即为湿空气的露点温度，从饱和水蒸气表查得：td21.38C， 含湿量：d0.622pv2544.6Pa， 0.6220.0161kg(水蒸气）/kg（干空气）ppv101300Pa2544.6Pa

干空气分压力：pappv101300Pa2544.6Pa98755.4Pa， paV98755.4P50m3

干空气质量：ma56.75kg， Rg,aT287j/(kg.K)(30273)K

水蒸气质量：mvdma0.0160kg(水蒸气）/kg（干空气）56.75kg(干空气）0.91kg