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1頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四

基本知識點

水蒸氣的產(chǎn)生過程、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、水蒸氣在熱力過程中功量和熱量的計算。

本章重點：

工業(yè)上水蒸氣的定壓生成過程，學(xué)會使用水蒸氣熱力學(xué)性質(zhì)的圖表，并能熟練的運用于各種熱力過程的計算。第2頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四水和水蒸氣是實際氣體!水蒸氣在空氣中含量極小，當(dāng)作理想氣體一般情況下，為實際氣體，使用圖表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?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:便宜，易得，無毒，膨脹性能好，傳熱性能好第3頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四§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4頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四水的熱力學(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5頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四飽和線、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：臨界點第6頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四三相線與臨界點水的臨界點狀態(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水的三相線第7頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四純物質(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升華線升華線凝固線凝固線汽化線汽化線第8頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四思考題沒有。t>374.16℃有3.有沒有500oC的水？1.溜冰冰刀2.北方冬天晾在外邊的衣服，是否經(jīng)過液相4.有沒有-3℃

的蒸汽？5.一密閉容器內(nèi)有水的汽液混合物，對其加熱，是否一定能變成蒸汽？第9頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四純物質(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第10頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四飽和線、三相線和臨界點pv飽和氣線三相線飽和液線飽和固線T臨界點第11頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四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12頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四第13頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四§7-2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)飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡汽化: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)：汽液表面上的汽化第14頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四飽和狀態(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15頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四純物質(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16頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四§7-3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17頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四水蒸氣定壓發(fā)生過程說明(1)(2)只有熵加熱時永遠(yuǎn)增加(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第18頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四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)第19頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四等壓線上飽和態(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20頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四定壓加熱線與飽和液線相近的說明當(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21頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四§7-4水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表狀態(tài)公理：簡單可壓縮系統(tǒng)，兩個獨立變量未飽和水及過熱蒸汽，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不獨立，汽液兩相1875年，吉布斯提出了吉布斯相律第22頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)確定的原則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23頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四兩相比例由干度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無意義第24頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四濕飽和蒸汽區(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25頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四水和水蒸氣表兩類2、未飽和水和過熱蒸汽表1、飽和水和干飽和蒸汽表第26頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四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27頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四飽和參數(shù)未飽和水和過熱蒸汽表（節(jié)錄）第28頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四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、熵零點的規(guī)定：水的三相點第29頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四飽和參數(shù)未飽和水和過熱蒸汽表(注意下劃線）第30頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四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31頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四焓熵圖的畫法(1)1、零點：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點為分界點，不在極值點上第32頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四焓熵圖hsCpx=1x=0pC第33頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四焓熵圖的畫法(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一一對應(yīng)，T線即p線在x=0,x=1之間，從C點出發(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34頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四焓熵圖hsCx=1x=0pvTx第35頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四§7-5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p-v、T-s、h-s圖上表示熱力過程：

psT

v

第36頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四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)和表達式不能用可逆第37頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四水蒸氣的定壓過程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38頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四水蒸氣的定壓過程例：水從30℃

，4MPa,定壓加熱到450

℃

q=h2-h12Tshs2h1=129.3kJ/kgh2=3330.7kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kg第39頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四水蒸氣的絕熱過程p12’pvp2不可逆過程：

汽輪機、水泵12可逆過程：

s12

12’q=0第40頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四水蒸氣的絕熱過程汽輪機、水泵q=02’12Ts不可逆過程：

可逆過程：

sp1p2第41頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四水蒸氣的絕熱過程汽輪機、水泵q=0hs不可逆過程

可逆過程：

sp1p221h1h2h2’2’透平內(nèi)效率

第42頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四水蒸氣的定