工程熱力學(xué)第七章水蒸氣.ppt

第七章 水蒸氣,基本知識(shí)點(diǎn) 水蒸氣的產(chǎn)生過程、水蒸氣狀態(tài)參數(shù)的確定、水蒸氣圖表的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用、水蒸氣在熱力過程中功量和熱量的計(jì)算。,本章重點(diǎn)： 工業(yè)上水蒸氣的定壓生成過程，學(xué)會(huì)使用水蒸氣熱力學(xué)性質(zhì)的圖表，并能熟練的運(yùn)用于各種熱力過程的計(jì)算。,水和水蒸氣是實(shí)際氣體!,水蒸氣,在空氣中含量極小，當(dāng)作理想氣體,一般情況下，為實(shí)際氣體，使用圖表,18世紀(jì)，蒸氣機(jī)的發(fā)明，是唯一工質(zhì),直到內(nèi)燃機(jī)發(fā)明，才有燃?xì)夤べ|(zhì),目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì),優(yōu)點(diǎn): 便宜，易得，無毒， 膨脹性能好，傳熱性能好, 7-1 純物質(zhì)的熱力學(xué)面及相圖,物質(zhì)有三種聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài),熱力學(xué)面：以p,v,T表示的物質(zhì)各種狀態(tài) 的曲面,水的三態(tài)：,冰、水、蒸汽,水的熱力學(xué)面,兩相區(qū),單相區(qū),氣,液,固,六個(gè)區(qū)：三個(gè)單相區(qū)、三個(gè)兩相區(qū),液-氣,固-氣,固-液,飽和線、三相線和臨界點(diǎn),p,v,四個(gè)線：三個(gè)飽和線、一個(gè)三相線,飽和氣線,三相線,飽和液線,飽和固線,T,臨界點(diǎn),一個(gè)點(diǎn)：臨界點(diǎn),三相線與臨界點(diǎn),水的臨界點(diǎn)狀態(tài),飽和液線與飽和氣線的交點(diǎn),氣液兩相共存的pmax,Tmax,等溫線是鞍點(diǎn),臨界點(diǎn),水的三相線,純物質(zhì)的p-T相圖,p,p,T,T,液,液,氣,氣,固,固,水,一般物質(zhì),三相點(diǎn),三相點(diǎn),臨界點(diǎn),臨界點(diǎn),流體,流體,升華線,升華線,凝固線,凝固線,汽化線,汽化線,思考題,沒有。t374.16 ,有,3. 有沒有500C的水？,1. 溜冰冰刀,2. 北方冬天晾在外邊的衣服，是否經(jīng)過液相,4. 有沒有-3 的蒸汽？,5. 一密閉容器內(nèi)有水的汽液混合物，對(duì)其 加熱，是否一定能變成蒸汽？,純物質(zhì)的p -T 相圖,p,p,T,T,液,液,氣,氣,固,固,水,一般物質(zhì),三相點(diǎn),三相點(diǎn),臨界點(diǎn),臨界點(diǎn),流體,流體,飽和線、三相線和臨界點(diǎn),p,v,飽和氣線,三相線,飽和液線,飽和固線,T,臨界點(diǎn),汽相和液相,因固相不流動(dòng)，更關(guān)心汽液兩相,冰蓄冷,7-2 汽化與飽和,沸騰：表面和液體內(nèi)部同時(shí)發(fā)生的汽化,(氣體和液體均處在飽和狀態(tài)下),飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動(dòng)態(tài)平衡,汽化: 由液態(tài)變成氣態(tài)的物理過程 (不涉及化學(xué)變化),蒸發(fā)：汽液表面上的汽化,飽和狀態(tài),飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動(dòng)態(tài)平衡,飽和溫度Ts,飽和壓力ps,一一對(duì)應(yīng),放掉一些水，Ts不變， ps？,Ts,ps,ps=1.01325bar,Ts=100 ,青藏ps=0.6bar,Ts=85.95 ,高壓鍋ps=1.6bar,Ts=113.32 ,純物質(zhì)的p-T相圖,p,p,T,T,液,液,氣,氣,固,固,水,一般物質(zhì),三相點(diǎn),三相點(diǎn),臨界點(diǎn),臨界點(diǎn),流體,流體,汽化線,汽化線,7-3 水蒸氣的定壓發(fā)生過程,t ts,t = ts,t = ts,t = ts,t ts,v v,v = v,v = v,v v v,v v,未飽和水,飽和水,飽和濕蒸汽,飽和干蒸汽,過熱蒸汽,h h,h = h,h = h,h h h,h h,s s,s = s,s = s,s s s,s s,水蒸氣定壓發(fā)生過程說明,(1),(2),只有熵加熱時(shí)永遠(yuǎn)增加,(3) 理想氣體,實(shí)際氣體汽化時(shí)，TTs不變，但h增加,汽化潛熱,(4) 未飽和水,過冷度,過冷水,過熱蒸汽,過熱度,s,p-v圖，T-s圖上的水蒸氣定壓加熱過程,一點(diǎn)，二線，三區(qū)，五態(tài),等壓線上飽和態(tài)參數(shù),p,ts,v,(bar),v,s,s,kJ/(kg.K),0.006112,0.01,0.00100022,206.175,0.0,9.1562,1.0,99.63,0.0010434,1.6946,1.3027,7.3608,5.0,151.85,0.0010928,0.37481,1.8604,6.8215,50.0,263.92,0.0012858,0.03941,2.9209,5.9712,221.29,374.15,0.00326,0.00326,4.429,4.429,(bar),(),b,d,b,d,定壓加熱線與飽和液線相近的說明,當(dāng)忽略液體cp變化，,不同的p，液體近似不可壓，v不變,對(duì)每個(gè)不變的T,7-4 水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表,狀態(tài)公理：簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)，兩個(gè)獨(dú)立變量,未飽和水及過熱蒸汽，一般已知p、T即可,飽和水和干飽和蒸汽，只需確定p或T,濕飽和蒸汽， p和T不獨(dú)立，汽液兩相,1875年，吉布斯提出了吉布斯相律,水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)確定的原則,1、未飽和水及過熱蒸汽,確定: 任意兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，如：p、T,2、飽和水和干飽和蒸汽,確定: p或T,3、濕飽和蒸汽,除p或T外，其它參數(shù)與兩相比例有關(guān),兩相比例由干度x確定,定義,干飽和蒸汽,飽和水,對(duì)干度x的說明：,0 x 1,在過冷水和過熱蒸汽區(qū)域，x無意義,濕飽和蒸汽區(qū)狀態(tài)參數(shù)的確定,如果有1kg濕蒸氣，干度為x, 即有xkg飽和蒸汽，(1-x)kg飽和水。,已知p或T(h,v,s,h,v,s)+干度x,h ,v ,s,水和水蒸氣表,兩類,2、未飽和水和過熱蒸汽表,1、飽和水和干飽和蒸汽表,飽和水和飽和水蒸氣表（按溫度排列）,飽和水和飽和水蒸氣表（按壓力排列）,未飽和水和過熱蒸汽表（節(jié)錄）,表的出處和零點(diǎn)的規(guī)定,原則上可任取零點(diǎn)，國(guó)際上統(tǒng)一規(guī)定。,但 原則上不為0， 對(duì)水：,表依據(jù)1963年第六屆國(guó)際水和水蒸氣會(huì)議發(fā)表的國(guó)際骨架表編制，盡管IFC（國(guó)際公式化委員會(huì)）1967和1997年先后發(fā)表了分段擬合的水和水蒸氣熱力性質(zhì)公式，但工程上還主要依靠圖表。,焓、內(nèi)能、熵零點(diǎn)的規(guī)定：,水的三相點(diǎn),未飽和水和過熱蒸汽表(注意下劃線）,如何在圖上表示功和熱,p-v圖（示功圖）：面積代表功,能否用線段表示熱和功,T-s圖（示熱圖）：面積代表熱,焓熵圖的畫法(1),1、零點(diǎn)：h=0，s=0；,2、飽和汽線（上界線）、飽和液線（下界線）,斜直線,向上翹的發(fā)散的形線,C點(diǎn)為分界點(diǎn)，不在極值點(diǎn)上,焓 熵 圖,h,s,C,x=1,x=0,焓熵圖的畫法(2),氣相區(qū)：離飽和態(tài)越遠(yuǎn)，越接近于理想氣體,在x=0, x=1之間，從C點(diǎn)出發(fā)的等分線,焓 熵 圖,h,s,C,x=1,x=0,7-5 水蒸氣的熱力過程,任務(wù)： 確定初終態(tài)參數(shù)， 計(jì)算過程中的功和熱 在p-v、T-s、h-s圖上表示,注意理想氣體過程的區(qū)別,第一定律與第二定律表達(dá)式均成立,理想氣體特有的性質(zhì)和表達(dá)式不能用,可逆,水蒸氣的定壓過程,q = h wt = 0,3,4,2,1,例：鍋爐中，水從30 ，4MPa, 定壓加熱到450 ,q = h2-h1,ts(4MPa)=250.33,鍋爐、換熱器,水蒸氣的定壓過程,例：水從30 ，4MPa, 定壓加熱到450 ,q = h2-h1,2,T,s,h,s,2,h1 = 129.3 kJ/kg h2 = 3330.7 kJ/kg,h2,h1,1,3,4,1,4,3,=3201.4kJ/kg,水蒸氣的絕熱過程,p1,2,p2,不可逆過程：,汽輪機(jī)、水泵,1,2,q = 0,水蒸氣的絕熱過程,汽輪機(jī)、水泵,q = 0,2,1,2,不可逆過程：,p1,p2,水蒸氣的絕熱過程,汽輪機(jī)、水泵,q = 0,不可逆過程,p1,p2,2,1,h1,h2,h2,