工程熱力學(xué)第七章lm

工程熱力學(xué)第七章lm第一頁，共三十三頁，2022年，8月28日第七章水蒸氣水的相變及相圖水蒸氣的定壓發(fā)生過程水蒸氣表和焓熵圖水蒸氣的基本熱力過程第二頁，共三十三頁，2022年，8月28日為什么研究水蒸氣？水蒸氣是各種熱力過程中廣泛應(yīng)用的重要工質(zhì)。1.水蒸氣容易獲得2.熱力參數(shù)適宜（膨脹性、傳熱性好）3.不污染環(huán)境應(yīng)用廣泛1.18世紀(jì)，蒸氣機(jī)的發(fā)明，是唯一工質(zhì)。2.直到內(nèi)燃機(jī)發(fā)明，才有燃?xì)夤べ|(zhì)3.目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)水蒸氣在空氣中含量極少時，當(dāng)作理想氣體，一般情況下，為實際氣體，是實際氣體的典型代表。第三頁，共三十三頁，2022年，8月28日研究內(nèi)容工程熱力學(xué)研究的主要內(nèi)容：1.能量轉(zhuǎn)換的基本定律2.工質(zhì)的基本性質(zhì)與熱力過程3.熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備、工作原理基本性質(zhì)熱力過程水蒸氣的基本熱力過程水蒸氣的產(chǎn)生與變化規(guī)律定壓、定容定溫、定熵水蒸氣熱力狀態(tài)計算相變及相圖定壓發(fā)生過程水蒸氣表焓熵圖第四頁，共三十三頁，2022年，8月28日水的相變沸騰：表面和液體內(nèi)部同時發(fā)生的汽化汽化：由液相轉(zhuǎn)變成氣相的物理過程凝結(jié)：與汽化相反的過程。蒸發(fā)：汽液表面上的汽化汽化升華：由固態(tài)直接轉(zhuǎn)變成氣態(tài)的物理過程凝華：與升華相反的過程。物質(zhì)有三種聚集狀態(tài)：固相、液相、氣相水的三態(tài)：冰、水、蒸汽第五頁，共三十三頁，2022年，8月28日飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡飽和溫度Ts飽和壓力ps一一對應(yīng)放掉一些水，Ts不變，ps？Tspsps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高壓鍋ps=1.6barTs=113.32℃第六頁，共三十三頁，2022年，8月28日水的相圖第七頁，共三十三頁，2022年，8月28日三相點(diǎn)與臨界點(diǎn)水的臨界點(diǎn)水的三相點(diǎn)三相態(tài)：固、液、汽三相共存的狀態(tài)。三相態(tài)是汽液共存的曲線的最低點(diǎn)，也稱三相點(diǎn)。臨界點(diǎn)：汽化曲線的上方端點(diǎn)，此時飽和汽和飽和液具有完全相同的性質(zhì)，呈現(xiàn)為均勻的單相。臨界點(diǎn)：氣液兩相共存的最大壓力和最大溫度。高于臨界壓力時，液汽兩相的轉(zhuǎn)變不經(jīng)歷兩相平衡共存的飽和狀態(tài)，變化中物質(zhì)總是呈現(xiàn)出均勻的單相。第八頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣的定壓發(fā)生過程t<tst=tst=tst=tst>tsv<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’’預(yù)熱汽化過熱第九頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣的pv圖和Ts圖s一點(diǎn)，二線，三區(qū)，五態(tài)第十頁，共三十三頁，2022年，8月28日飽和液相線與飽和氣相線相交的說明ptsv’(bar)v’’s’s’’kJ/(kg.K)0.0061121.05.050.0221.290.0199.63151.85263.92374.150.001000220.00104340.00109280.00128580.00326206.1751.69460.374810.039410.003260.01.30271.86042.92094.4299.15627.36086.82155.97124.429(bar)(℃)bdbd壓力增大，飽和溫度升高，水體積增加（液態(tài)水不可壓）壓力增大，飽和溫度升高，蒸汽比容減小（p比T影響大）第十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日定壓加熱線與飽和液相線接近的說明當(dāng)忽略液體cp變化，不同的p，液體近似不可壓，v不變對每個不變的T第十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日濕蒸汽的描述——干度濕蒸汽：飽和溫度下形成的飽和液體與飽和蒸汽的混合物干度

x＝濕蒸汽中含干蒸汽的質(zhì)量濕蒸汽的總質(zhì)量（1-x）稱為濕度，表示濕蒸汽中飽和水的含量。特殊情況x＝0：干蒸汽含量為0，飽和液體（飽和液體線）x＝1：飽和水含量為0，干飽和蒸汽（飽和蒸汽線）在過冷水和過熱蒸汽區(qū)域，x無意義第十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸汽參數(shù)計算——獨(dú)立參數(shù)狀態(tài)公理：簡單可壓縮系統(tǒng)，兩個獨(dú)立參數(shù)未飽和水及過熱蒸汽：2個獨(dú)立參數(shù)，p，T飽和水及飽和蒸汽：p＝f（T），1個獨(dú)立參數(shù)，p或T濕飽和蒸汽：p，T不獨(dú)立，參數(shù)與兩相比例有關(guān)，p或T，干度x需要幾個已知條件才能確定水和水蒸氣的狀態(tài)？克拉貝龍方程：第十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣參數(shù)計算——零點(diǎn)的規(guī)定計算變化量，原則上可任取零點(diǎn)，國際上統(tǒng)一規(guī)定。1963，國際水蒸氣會議規(guī)定：以水物質(zhì)在三相（純水的冰、水和汽）平衡共存狀態(tài)下的飽和水作為基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)的熱力學(xué)能和熵為0。但原則上不為0，對水：

水的三相點(diǎn)第十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣參數(shù)計算1.溫度為0.01℃，壓力為p的未飽和水水的壓縮性小，變化時，，，，2.溫度為ts℃，壓力為p的飽和水0.01℃ts℃定pql液體熱第十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣參數(shù)計算3.壓力為p的干飽和蒸汽4.壓力為p的濕飽和蒸汽第十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣表兩類，三種1.飽和水與飽和蒸汽表2.未飽和水和過熱蒸汽表——按壓力和溫度排列按溫度排列按壓力排列第十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日飽和水和飽和水蒸氣表按溫度排列按壓力排列第十九頁，共三十三頁，2022年，8月28日未飽和水與過熱蒸汽表第二十頁，共三十三頁，2022年，8月28日焓熵圖1、零點(diǎn)：h=0，s=0；2、飽和汽線（上界線）、飽和液線（下界線）3、等壓線群：兩相區(qū)pT=Const斜直線單相區(qū)sT向上翹的發(fā)散的形線C點(diǎn)為分界點(diǎn)，不在極值點(diǎn)上第二十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日焓熵圖hsCpx=1x=0pC第二十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日焓熵圖氣相區(qū)：離飽和態(tài)越遠(yuǎn)，越接近于理想氣體兩相區(qū)：T、p一一對應(yīng)，T

線即p線在x=0,x=1之間，從C點(diǎn)出發(fā)的等分線同理想氣體一樣，v線比p線陡4、定溫線T5、等容線v6、等干度線x大于0熱蒸汽區(qū)小于0第二十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日焓熵圖hsCx=1x=0pvTx第二十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣的基本熱力過程分析熱力過程的任務(wù)：揭示狀態(tài)變化規(guī)律與能量傳遞之間的關(guān)系，從而計算熱力過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化以及與外界交換的熱量與功量。分析蒸汽熱力過程的一般步驟：1.根據(jù)已知的初態(tài)參數(shù)求得其它狀態(tài)參數(shù)——蒸汽圖表2.根據(jù)過程特點(diǎn)和終態(tài)部分參數(shù)確定終態(tài)參數(shù)3.在熱力狀態(tài)圖中表示初終態(tài)和過程線——hs，Ts，pv4.計算熱量、功和熱力學(xué)能變化量。第二十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日計算方法水蒸氣與理想氣體的不同之處理想氣體狀態(tài)方程不能應(yīng)用于水蒸氣的計算，水蒸氣是實際氣體，沒有適當(dāng)且簡單的狀態(tài)方程式。水蒸氣的Cp，Cv，h，u都不是溫度的單值函數(shù)，而是p或v和T的復(fù)雜函數(shù)。不能采用分析方法計算求解狀態(tài)參數(shù)應(yīng)用蒸汽性質(zhì)圖表，結(jié)合熱力學(xué)基本關(guān)系式、熱力學(xué)第一定律第二十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣與理想氣體的不同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)式不能用可逆過程功及熱的表達(dá)式成立第二十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日定壓過程12鍋爐中水的加熱過程，水蒸氣冷凝過程均可視為定壓過程第二十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日定容過程12第二十九頁，共三十三頁，2022年，8月28日定溫過