工程熱力學(xué)第七章水蒸氣

工程熱力學(xué)第七章水蒸氣第一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日

基本知識(shí)點(diǎn)

水蒸氣的產(chǎn)生過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程的計(jì)算。第二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日水和水蒸氣是實(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(wú)毒，膨脹性能好，傳熱性能好第三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日§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、蒸汽第四頁(yè)，共四十六頁(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)，共四十六頁(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)第六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日三相線與臨界點(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)水的三相線第七頁(yè)，共四十六頁(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)流體流體升華線升華線凝固線凝固線汽化線汽化線第八頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日思考題沒(méi)有。t>374.16℃有3.有沒(méi)有500oC的水？1.溜冰冰刀2.北方冬天晾在外邊的衣服，是否經(jīng)過(guò)液相4.有沒(méi)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？第九頁(yè)，共四十六頁(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)流體流體第十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日飽和線、三相線和臨界點(diǎn)pv飽和氣線三相線飽和液線飽和固線T臨界點(diǎn)第十一頁(yè)，共四十六頁(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)心汽液兩相冰蓄冷第十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日第十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日§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(guò)程

(不涉及化學(xué)變化)蒸發(fā)：汽液表面上的汽化第十四頁(yè)，共四十六頁(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℃第十五頁(yè)，共四十六頁(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十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日§7-3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’’未飽和水飽和水飽和濕蒸汽飽和干蒸汽過(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)熱第十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日水蒸氣定壓發(fā)生過(guò)程說(shuō)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)，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)熱度第十八頁(yè)，共四十六頁(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)第十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日等壓線上飽和態(tài)參數(shù)ptsv’(bar)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第二十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日定壓加熱線與飽和液線相近的說(shuō)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第二十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日§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(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1875年，吉布斯提出了吉布斯相律第二十二頁(yè)，共四十六頁(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)與兩相比例有關(guān)第二十三頁(yè)，共四十六頁(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)意義第二十四頁(yè)，共四十六頁(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第二十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日水和水蒸氣表兩類2、未飽和水和過(guò)熱蒸汽表1、飽和水和干飽和蒸汽表第二十六頁(yè)，共四十六頁(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）第二十七頁(yè)，共四十六頁(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）第二十八頁(yè)，共四十六頁(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)第二十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日飽和參數(shù)未飽和水和過(guò)熱蒸汽表(注意下劃線）第三十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日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）：面積代表熱第三十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日焓熵圖的畫法(1)1、零點(diǎn)：h=0，s=0；2、飽和汽線（上界線）、飽和液線（下界線）3、等壓線群：p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)上第三十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日焓熵圖hsCpx=1x=0pC第三十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日焓熵圖的畫法(2)氣相區(qū)：離飽和態(tài)越遠(yuǎn)，越接近于理想氣體兩相區(qū)：T、p一一對(duì)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第三十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日焓熵圖hsCx=1x=0pvTx第三十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日§7-5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：

psT

v

第三十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日注意理想氣體過(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)式不能用可逆第三十七頁(yè)，共四十六頁(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

℃

q=h2-h1ts(4MPa)=250.33℃鍋爐、換熱器第三十八頁(yè)，共四十六頁(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第三十九頁(yè)，共四十六頁(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第四十頁(yè)，共四十六頁(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第四十一頁(yè)，共四十六頁(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

第四十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日水蒸氣