工程熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章

工程熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章第一頁，共三十二頁，2022年，8月28日第六章

水蒸氣WaterVapor第二頁，共三十二頁，2022年，8月28日水蒸氣是實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，為實際氣體18世紀(jì)，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)目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)優(yōu)點:便宜，易得，無毒，膨脹性能好，傳熱性能好是其它實際氣體的代表第三頁，共三十二頁，2022年，8月28日本章主要內(nèi)容1.

實際工質(zhì)的物性3.

水蒸氣的圖表及性質(zhì)計算4.

水蒸氣熱力過程2.

水蒸氣的產(chǎn)生過程水蒸氣蒸氣蒸汽SteamVaporWaterVapor第四頁，共三十二頁，2022年，8月28日§6-1純物質(zhì)的熱力學(xué)面物質(zhì)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Puresubstance

Solid

Liquid

Gas

Ice

Water

Steam

第五頁，共三十二頁，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六個區(qū)：三個單相區(qū)、三個兩相區(qū)液--氣固--氣固--液pvT第六頁，共三十二頁，2022年，8月28日飽和線、三相線和臨界點pv四個線：三個飽和線、一個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：臨界點SaturationlineTripleline第七頁，共三十二頁，2022年，8月28日臨界點Criticalpoint水的臨界點狀態(tài)飽和液線與飽和氣線的交點氣液兩相共存的pmax,Tmax等溫線是鞍點臨界點臨界乳光教學(xué)實驗裝置第八頁，共三十二頁，2022年，8月28日熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎的科學(xué)家（6）K.G.威爾遜

KennethG.Wilson(1936-)

美國臨界重整化群理論

1982年諾貝爾物理獎第九頁，共三十二頁，2022年，8月28日汽相和液相鍋爐汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器過熱器因固相不流動，更關(guān)心汽液兩相冰蓄冷第十頁，共三十二頁，2022年，8月28日§6-2汽化與飽和沸騰：表面和液體內(nèi)部同時發(fā)生的汽化(氣體和液體均處在飽和狀態(tài)下)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BoilVaporization第十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日飽和狀態(tài)Saturationstate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℃SaturationtemperatureSaturationpressure第十二頁，共三十二頁，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)三相點三相點臨界點臨界點流體流體汽化線汽化線第十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日§6-3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’’水預(yù)熱汽化過熱第十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日水蒸氣定壓發(fā)生過程說明(1)(2)(3)理想氣體實際氣體汽化時，T＝Ts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只有熵加熱時永遠增加第十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日sp-v圖，T-s圖上的水蒸氣定壓加熱過程一點，二線，三區(qū)，五態(tài)臨界點，飽和水線和飽和汽線，過冷水、濕蒸汽、過熱蒸汽三區(qū)，過冷水、飽和水、濕蒸汽、飽和蒸汽、過熱蒸汽第十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日等壓線上飽和態(tài)參數(shù)ptsv’(m3/kg)v’’s’s’’kJ/(kg.K)0.0061120.010.00100022206.1750.09.15621.099.630.00104341.69461.30277.36085.0151.850.00109280.374811.86046.821550.0263.920.00128580.039412.92095.9712221.29374.150.003260.003264.4294.429(bar)(℃)bdbd第十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日§6-4水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表1、未飽和水及過熱蒸汽確定任意兩個獨立參數(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)與兩相比例有關(guān)第十八頁，共三十二頁，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干度x的說明：x=0飽和水x=1干飽和蒸汽0

≤x

≤1在過冷水和過熱蒸汽區(qū)域，x無意義Quality第十九頁，共三十二頁，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第二十頁，共三十二頁，2022年，8月28日水和水蒸氣表兩類2、未飽和水和過熱蒸汽表1、飽和水和干飽和蒸汽表第二十一頁，共三十二頁，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）第二十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日飽和參數(shù)未飽和水和過熱蒸汽表（節(jié)錄）第二十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日表的出處和零點的規(guī)定原則上可任取零點，國際上統(tǒng)一規(guī)定。但原則上不為0，對水：

表依據(jù)1963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IFC（國際公式化委員會）1967、1997和2005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、熵零點的規(guī)定：水的三相點第二十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日查參數(shù)舉例（1）例.1

已知：p=1MPa,試確定t=100℃,200℃,各處于哪個狀態(tài),各自h是多少？ts(p)=179.88℃t=100℃<

ts,

未飽和水h=419.84kJ/kgt=200℃>

ts,

過熱蒸汽h=2828.3kJ/kg第二十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日查參數(shù)舉例（2）已知t=250℃,5kg

蒸汽占有0.2m3容積,試問蒸汽所處狀態(tài)?h=?t=250℃,

濕蒸汽狀態(tài)第二十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日查參數(shù)舉例（2）已知t=250℃,5kg

蒸氣占有0.2m3容積,試問蒸氣所處狀態(tài)?h=?t=250℃,

濕蒸汽狀態(tài)第二十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日查參數(shù)舉例（3）

在一剛性容器內(nèi)充滿p=0.1MPa，t=20℃的水。由于太陽照射，使其溫度升為40℃,求容器承受的壓力。p=0.1MPat=20℃t=40℃等容過程儲液罐很危險，不能裝滿。

第二十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日§6-5水蒸氣的熱力過程任務(wù)：確定初終態(tài)參數(shù)，計算過程中的功和熱在T-s圖上表示熱力過程：

ps

ThermalProcessofSteam第二十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日鍋爐汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器過熱器§6-5水蒸氣的熱力過程ThermalProcessofSteam主要過程：

ps

確定參數(shù)計算功和熱在T-s圖上表示第三十頁，共三十二頁，2022年，8月28日注意理想氣體過程的區(qū)別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)和表達式不能用準(zhǔn)靜態(tài)可逆第三