水和水蒸氣的性質(zhì)PPT學習教案

1、會計學1 水和水蒸氣的性質(zhì)水和水蒸氣的性質(zhì) 水蒸氣水蒸氣 在空氣中含量極小，當作在空氣中含量極小，當作理想氣體理想氣體 一般情況下，為一般情況下，為實際氣體實際氣體，使用圖表，使用圖表 18世紀，蒸氣機的發(fā)明，是唯一工質(zhì)世紀，蒸氣機的發(fā)明，是唯一工質(zhì) 直到內(nèi)燃機發(fā)明，才有燃氣工質(zhì)直到內(nèi)燃機發(fā)明，才有燃氣工質(zhì) 目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì) 優(yōu)點優(yōu)點: 便宜，易得，無毒，便宜，易得，無毒， 膨脹性能好，傳熱性能好膨脹性能好，傳熱性能好 第1頁/共45頁 物質(zhì)有三種聚集狀態(tài)：物質(zhì)有三種聚集狀態(tài)：固態(tài)固態(tài)、液態(tài)液態(tài)、氣態(tài)氣態(tài) 熱力學面：熱力學面：以以

2、p,v,T表示的物質(zhì)各種狀態(tài)表示的物質(zhì)各種狀態(tài) 的曲面的曲面 水的三態(tài)：水的三態(tài)：冰冰、水水、蒸汽蒸汽 第2頁/共45頁 兩相區(qū)兩相區(qū) 單相單相 區(qū)區(qū) 氣 液 固 p v T 六個區(qū)：三個單相區(qū)、三個兩相區(qū)六個區(qū)：三個單相區(qū)、三個兩相區(qū) 液-氣 固-氣 固-液 p v T 第3頁/共45頁 p v 四個線：三個飽和線、一個四個線：三個飽和線、一個三相線三相線 飽和氣線 三相線 飽和液線 飽和固線 T 臨界點 一個點：一個點：臨界點臨界點 第4頁/共45頁 c o c 3 c 22.129MPa 647.30K (374.15 C) m 0.00326 kg p T v 水的臨水的臨 界點狀界點

3、狀 態(tài)態(tài) 飽和液線與飽和氣線的交點飽和液線與飽和氣線的交點 氣液兩相共存的氣液兩相共存的pmax,Tmax 等溫線是鞍點等溫線是鞍點 c c 2 2 T T 0,0 pp vv 臨臨 界界 點點 水的三相線水的三相線 tptp 611.2Pa,273.16KpT 第5頁/共45頁 p p TT 液液 液液 氣氣 氣氣 固固 固固 水水一般物質(zhì)一般物質(zhì) 三相點三相點 三相點三相點 臨界點臨界點 臨界點臨界點 流體流體流體流體 升華線升華線升華線升華線 凝固線凝固線 凝固線凝固線 汽化線汽化線汽化線汽化線 第6頁/共45頁 沒有。沒有。t374.16 有有 3. 有沒有有沒有500C的水的水？ 1

4、. 溜冰冰刀溜冰冰刀 2. 北方冬天晾在外邊的衣服，北方冬天晾在外邊的衣服，是否經(jīng)過液相是否經(jīng)過液相 4. 有沒有有沒有-3 的蒸汽的蒸汽？ 5. 一密閉容器內(nèi)有水的汽液混合物，對其一密閉容器內(nèi)有水的汽液混合物，對其 加熱，是否一定能變成蒸汽？加熱，是否一定能變成蒸汽？ 第7頁/共45頁 p p TT 液液 液液 氣氣 氣氣 固固 固固 水水一般物質(zhì)一般物質(zhì) 三相點三相點 三相點三相點 臨界點臨界點 臨界點臨界點 流體流體流體流體 第8頁/共45頁 p v 飽和氣線 三相線 飽和液線 飽和固線 T 臨界點 第9頁/共45頁 鍋鍋 爐爐 汽輪機汽輪機 發(fā)電機發(fā)電機 給水泵給水泵 凝凝 汽汽 器器

5、 過熱器過熱器 因固相不流動，因固相不流動， 更關(guān)心汽液兩相更關(guān)心汽液兩相 冰蓄冷冰蓄冷 第10頁/共45頁 第11頁/共45頁 ( (氣體和液體均處在飽和狀態(tài)下氣體和液體均處在飽和狀態(tài)下) ) 飽和狀態(tài)：飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡 汽化汽化: 由液態(tài)變成氣態(tài)的物理過程由液態(tài)變成氣態(tài)的物理過程 (不涉及化學變化不涉及化學變化) 蒸發(fā)：蒸發(fā)：汽液表面上的汽化汽液表面上的汽化 第12頁/共45頁 飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡 飽和溫度飽和溫度Ts 飽和壓力飽和壓力ps 一一對應(yīng)一一對應(yīng) 放掉一些水，放掉一些水，Ts不變，不變， ps ？ Ts

6、 ps ps=1.01325bar Ts=100 青藏青藏ps=0.6bar Ts=85.95 高壓鍋高壓鍋ps=1.6barTs=113.32 第13頁/共45頁 p p TT 液液 液液 氣氣 氣氣 固固 固固 水水一般物質(zhì)一般物質(zhì) 三相點三相點 三相點三相點 臨界點臨界點 臨界點臨界點 流體流體流體流體 汽化線汽化線汽化線汽化線 第14頁/共45頁 t ts v vv = vv = vv v v 未飽和水未飽和水 飽和水飽和水 飽和濕蒸汽飽和濕蒸汽 飽和干蒸汽飽和干蒸汽 過熱蒸汽過熱蒸汽 h hh = hh = hh h h s ss = ss = ss s s 水預(yù)熱水預(yù)熱汽化汽化過熱

7、過熱 第15頁/共45頁 (1) () QUWUpdV Up VUpVH (2) fg 0SSS 只有熵加熱時永遠增加只有熵加熱時永遠增加 (3) 理想氣體理想氣體( )hf T 實際氣體汽化時，實際氣體汽化時，TTs不變，但不變，但h增加增加 hh 汽化潛熱汽化潛熱 (4) 未飽和水未飽和水 過冷度過冷度 s ttt 過冷 過冷水過冷水 過熱蒸汽過熱蒸汽 過熱度過熱度 s ttt 過熱 第16頁/共45頁 c p c T c T A B C A C B c TT c TT c pp c pp 3 a 3 b 3 d 3 e 3 c 3 a 3 b 3 d 3 e 3 c 2 c 2 a 2

8、b 2 d 2 e 2 c 2 a 2 b 2 d 2 e 1 c 1 a 1 b 1 d 1 e1 c 1 a 1 b 1 d 1 e T s p-v圖，圖，T-s圖上的水蒸氣定壓加熱過程圖上的水蒸氣定壓加熱過程 p v c p 一點，二線，三區(qū)，五態(tài)一點，二線，三區(qū)，五態(tài) 第17頁/共45頁 pts v (bar) vs s kJ/(kg.K) 0.0061120.0 1 0.0010002 2 206.17 5 0.09.1562 1.099.63 0.00104341.6946 1.3027 7.3608 5.0151.85 0.00109280.3748 1 1.8604 6.821

9、5 50. 0 263.92 0.00128580.0394 1 2.9209 5.9712 221.29374.15 0.003260.0032 6 4.4294.429 (bar)() bdb d 第18頁/共45頁 當忽略液體當忽略液體cp變化，變化， 2 1 ln0 qT sc TT ( , )uf T v 0qdupdv 不同的不同的p，液體近似，液體近似不可壓，不可壓，v不變不變 對每個對每個不變的不變的T 第19頁/共45頁 狀態(tài)公理：狀態(tài)公理：簡單可壓縮系統(tǒng)，兩個獨立變簡單可壓縮系統(tǒng)，兩個獨立變 量量 未飽和水及過熱蒸汽，一般已知未飽和水及過熱蒸汽，一般已知p、T即可即可 飽和

10、水和干飽和蒸汽，只需確定飽和水和干飽和蒸汽，只需確定p或或T 濕飽和蒸汽，濕飽和蒸汽， p和和T不獨立，汽液兩相不獨立，汽液兩相 1875年，吉布斯提出了年，吉布斯提出了吉布斯相律吉布斯相律 第20頁/共45頁 1、未飽和水及過熱蒸汽、未飽和水及過熱蒸汽 確定任意兩個獨立參數(shù)，如：確定任意兩個獨立參數(shù)，如：p、T 2、飽和水和干飽和蒸汽、飽和水和干飽和蒸汽 確定確定p或或T 3、濕飽和蒸汽、濕飽和蒸汽 除除p或或T外，其它參數(shù)與兩相比例有關(guān)外，其它參數(shù)與兩相比例有關(guān) 第21頁/共45頁 定義定義 干飽和蒸汽干飽和蒸汽 f m x mm v v 干飽和蒸汽質(zhì)量 濕飽和蒸汽質(zhì)量 飽和水飽和水 對對

11、干度干度x的說明的說明 ： x = 0 飽和水飽和水x = 1 干飽和蒸汽干飽和蒸汽 0 x 1 在在過冷水過冷水和和過熱蒸汽過熱蒸汽區(qū)域，區(qū)域，x無意義無意義 第22頁/共45頁 如果有如果有1kg濕蒸氣，干度為濕蒸氣，干度為x, 即有即有 xkg飽和蒸汽，飽和蒸汽，(1-x)kg飽和水。飽和水。 )1 (yxxyy )1 ( )1 ( )1 ( sxxss vxxvv hxxhh yy x yy 已知已知p或或T(h,v,s,h,v,s)+干度干度x h ,v ,s 第23頁/共45頁 兩類兩類 2、未飽和水和過熱蒸汽表未飽和水和過熱蒸汽表 1、飽和水和干飽和蒸汽飽和水和干飽和蒸汽 表表

12、第24頁/共45頁 o / Ct KT / a MPp/kgmv/ 3 kgm v / 3 kgkJ h / kgkJ h / )( / Kkg kJs )( / Kkg kJs 01. 0 100 200 300 16.273000611. 0 00100022. 0 175.2060 .2501 000614. 0 0000. 01562. 9 15.373101325. 00010437. 06738. 13 .267606.4193069. 13564. 7 15.4735551. 10011565. 04 .82512714. 04 .27913307. 24289. 6 15.57

13、35917. 80014041. 002162. 04 .13454 .27482559. 37038. 5 kgmv/ 3 kgm v / 3 kgkJ h / kgkJ h / )( / Kkg kJs )( / Kkg kJs o / Ct 982. 6 63.99 88.179 96.310 5 .24840010001. 0208.1298 .251333.291060. 0 2 .22580010434. 06946. 17 .267551.4173027. 1 4 .20140011274. 06 .76219430. 00 .2777 8 .1315 a MPp/ 001. 0

14、 1 . 0 0 . 1 100014526. 001800. 06 .14084 .2724 9756. 8 3608. 7 1382. 25847. 6 3616. 36143. 5 kgkJ r / 第25頁/共45頁 飽 和 參 數(shù) p a MP01. 0 a MP02. 0 83.45 s t 1505. 86493. 0 4 .258484.191 676.140010102. 0 s s h h v v 09.60 s t 9092. 78321. 0 6 .260946.251 6515. 70010172. 0 s s h h v v tvhsvhs 0 40 80 60 0

15、010002. 00.00001. 00010002. 00 . 00001. 0 5 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 0 8310. 01 .2510010171. 01752. 83 .261134.15 27.163 .26493437. 8119. 88 .26470205. 8 4 .2724052. 95479. 84 .272512.182261. 8120 第26頁/共45頁 原則上可任取零點，國際上統(tǒng)一規(guī)定原則上可任取零點，國際上統(tǒng)一規(guī)定 。 但但 原則上不為原則上不為0， 對水：對水： pvuh 3 m 611.2 0.

16、00100022 a pPv kg 00006. 06 . 0 kg kJ kg J pvuh 表依據(jù)表依據(jù)1963年第六屆國際水和水蒸氣會議發(fā)年第六屆國際水和水蒸氣會議發(fā) 表的國際骨架表編制，盡管表的國際骨架表編制，盡管IFC（國際公式化委（國際公式化委 員會）員會）1967和和1997年先后發(fā)表了分段擬合的水和年先后發(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、熵零點的規(guī)定焓、內(nèi)能、熵零點的規(guī)定 ： 0 s0u T16.273水的三相點水的三相點 第27頁/共45頁 飽 和 參 數(shù) p a MP01. 0 a MP

17、02. 0 83.45 s t 1505. 86493. 0 4 .258484.191 676.140010102. 0 s s h h v v 09.60 s t 9092. 78321. 0 6 .260946.251 6515. 70010172. 0 s s h h v v tvhsvhs 0 40 80 60 0010002. 00.00001. 00010002. 00 . 00001. 0 5 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 0 8310. 01 .2510010171. 01752. 83 .261134.15 27.16

18、3 .26493437. 8119. 88 .26470205. 8 4 .2724052. 95479. 84 .272512.182261. 8120 第28頁/共45頁 p-v圖圖（示功圖示功圖）：面積代表功）：面積代表功 能否用線段表示熱和功能否用線段表示熱和功 T-s圖圖（示熱圖示熱圖）：面積代表熱）：面積代表熱 第29頁/共45頁 （上界線上界線）、飽和液線（）、飽和液線（下下 qTdsdhvdp p 0 h T s C C p 0 h T s C點為分界點，不在極值點上點為分界點，不在極值點上 第30頁/共45頁 第31頁/共45頁 氣相區(qū)：離飽和態(tài)越遠，越接近于理想氣體氣相區(qū)：

19、離飽和態(tài)越遠，越接近于理想氣體 兩相區(qū)：兩相區(qū)：T、p一一對應(yīng)，一一對應(yīng)，T 線即線即 p 線線 在在x=0, x=1之間，從之間，從C點出發(fā)的等分線點出發(fā)的等分線 同理想氣體一樣，同理想氣體一樣， v 線比線比 p 線陡線陡 4、定溫線定溫線 T 5、等容線等容線 v 6、等干度線等干度線 x 第32頁/共45頁 第33頁/共45頁 任務(wù)：任務(wù)： 確定初終態(tài)參數(shù)，確定初終態(tài)參數(shù)， 計算過程中的功和熱計算過程中的功和熱 在在p-v、T-s、h-s圖上表示圖上表示 熱力過程：熱力過程： p s T v 第34頁/共45頁 第一定律與第二定律表達式均成立第一定律與第二定律表達式均成立 理想氣體特有的性質(zhì)和表達式不能用理想氣體特有的性質(zhì)和表達式不能用 t qdhw qduwwpdv t wvdp qTds iso 0ds pvRT ( )uf T ( )hf T 22 p 11 lnln Tp scR Tp pv ccR p 1 k cR k v 1 1 cR k 可逆可逆 第35頁/共45頁 q = h wt = 0 3 4 2 p v 1 qhvdp 例：例：鍋爐中，水從鍋爐中，水從30 ，4MPa, 定壓加熱到定壓加熱到450 q = h2-h1 ts(4MPa)=250.33 鍋爐、換熱器鍋爐、換熱器 第36頁/