工程熱力學(xué)第六章水蒸氣

工程熱力學(xué)第六章水蒸氣第一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水蒸氣是實(shí)際氣體的代表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(wú)毒，膨脹性能好，傳熱性能好第二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日本章主要內(nèi)容1.實(shí)際工質(zhì)的物性3.水蒸氣圖表的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用4.水蒸氣熱力過(guò)程2.水蒸氣的產(chǎn)生過(guò)程水蒸氣蒸氣蒸汽第三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日§6-1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、蒸汽第四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水的熱力學(xué)面兩相區(qū)單相區(qū)氣液固pvT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pvT第五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日純物質(zhì)（水）的相變液—汽汽化（沸騰）凝結(jié)固—液融化（熔解）凝固汽—固凝華升華第六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日飽和線、三相線和臨界點(diǎn)pv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)第七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水的臨界點(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)第八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日純物質(zhì)的p-T相圖ppTT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第九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日汽相和液相鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器過(guò)熱器因固相不流動(dòng)，更關(guān)心汽液兩相第十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日§6-2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(guò)程(不涉及化學(xué)變化)蒸發(fā)：汽液表面上的汽化第十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日飽和狀態(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？Tspsps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高壓鍋ps=1.6barTs=113.32℃第十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日§6-3水蒸氣的定壓發(fā)生過(guò)程t<tst=tst=tst=tst>tsv<v’v=v’v=v’’v’<v<v’’v>v’’未飽和水飽和水濕飽和蒸汽干飽和蒸汽過(guò)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’’水預(yù)熱汽化過(guò)熱第十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水蒸氣定壓發(fā)生過(guò)程說(shuō)明(1)(2)熵在加熱時(shí)增加(3)理想氣體實(shí)際氣體汽化時(shí)，T＝Ts不變，但h增加汽化潛熱(4)未飽和水過(guò)冷度過(guò)冷水過(guò)熱蒸汽過(guò)熱度過(guò)熱蒸汽第十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日sp-v圖，T-s圖上的水蒸氣定壓加熱過(guò)程一點(diǎn)，二線，三區(qū)，五態(tài)第十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日§6-4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(guò)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，汽液兩相第十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)確定的原則1、未飽和水及過(guò)熱蒸汽確定任意兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，如：p、T2、飽和水和干飽和蒸汽確定p或T3、濕飽和蒸汽除p或T外，其它參數(shù)包括比參數(shù)與兩相比例有關(guān)第十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日兩相比例由干度x確定定義干飽和蒸汽飽和水對(duì)干度x的說(shuō)明：x=0飽和水x=1干飽和蒸汽0≤x

≤1在過(guò)冷水和過(guò)熱蒸汽區(qū)域，x無(wú)意義第十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日濕飽和蒸汽區(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xh,v,s第十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水和水蒸氣表兩類(lèi)2、未飽和水和過(guò)熱蒸汽表1、飽和水和干飽和蒸汽表第二十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日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）第二十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日飽和參數(shù)未飽和水和過(guò)熱蒸汽表（節(jié)錄）第二十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日表的出處和零點(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)第二十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日查表舉例（1）查表時(shí)先要確定在五態(tài)中的哪一態(tài)。例.1已知：p=1MPa,試確定t=100℃,200℃各處于哪個(gè)狀態(tài),各自h是多少？ts(p)=179.88℃t=100℃<

ts,未飽和水h=419.7kJ/kgt=200℃>

ts,過(guò)熱蒸汽h=2827.5kJ/kg第二十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日查表舉例（2）已知t=250℃,5kg蒸汽占有0.2m3容積,試問(wèn)蒸汽所處狀態(tài)?h=?t=250℃,

濕蒸汽狀態(tài)第二十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日查表舉例（2）已知t=250℃,5kg蒸氣占有0.2m3容積,試問(wèn)蒸氣所處狀態(tài)?h=?t=250℃,

濕蒸汽狀態(tài)第二十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日查表舉例（3）已知t=85℃,p=0.015MPa,試確定狀態(tài)?h=?ts=54.0℃,

過(guò)熱狀態(tài)p=0.015MPa內(nèi)插法p=0.01MPat=85℃p=0.02MPat=85℃p=0.015MPat=85℃第二十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日蒸汽動(dòng)力循環(huán)鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器過(guò)熱器定壓過(guò)程等熵過(guò)程第二十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日§6-5水蒸氣的熱力過(guò)程任務(wù)：確定初終態(tài)參數(shù)，計(jì)算過(guò)程中的功和熱在p-v、T-s、h-s圖上表示熱力過(guò)程：

ps

T

v

第二十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日焓熵結(jié)構(gòu)示意圖hsCpx=1x=0pCpT

第三十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日焓熵簡(jiǎn)化圖第三十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日注意與理想氣體過(guò)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)式不能用準(zhǔn)靜態(tài)可逆第三十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水蒸氣的定壓過(guò)程q=hwt=0342pv1例：鍋爐中，水從30℃，4MPa,定壓加熱到450

℃，交換的熱量q=h2-h1ts(4MPa)=250.33℃鍋爐、換熱器第三十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水蒸氣的定壓過(guò)程例：水從30℃，4MPa,定壓加熱到450

℃

q=h2-h12Tshs2h1=129.3kJ/kgh2=3330.7kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kg第三十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水蒸氣的絕熱過(guò)程p12’pvp2不可逆過(guò)程：

汽輪機(jī)、水泵12可逆過(guò)程：

s12

12’q=0第三十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水蒸氣的絕熱過(guò)程汽輪機(jī)、水泵q=02’12Ts不可逆過(guò)程：

可逆過(guò)程：

sp1p2第三十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水蒸氣的絕熱過(guò)程汽輪機(jī)、水泵q=0hs不可逆過(guò)程

可逆過(guò)程：

sp1p221h1h2h2’2’透平內(nèi)效率

第三十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水蒸氣的絕熱過(guò)程舉例hsp1p221h1h2h2’2’例：汽輪機(jī)

求：解：由

t1、p1查表

第三十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水蒸氣的絕熱過(guò)程舉例hsp1p221h1h2h2’2’求：由p2查表第三十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水蒸氣的絕熱過(guò)程舉例hsp1p221h1h2h2’2’求：第四十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水蒸氣的定溫過(guò)程pv實(shí)際設(shè)備中很少見(jiàn)TCTcT遠(yuǎn)離飽和線，接近于理想氣體第四十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水蒸氣的定溫過(guò)程12Tshs