工程熱力學(xué)(52學(xué)時)-第三章2-工程熱力學(xué)課件

第三章（II）

水和水蒸氣的性質(zhì)Thepropertyofwaterandvapor能源與動力學(xué)院毛軍逵第三章（II）

水和水蒸氣的性質(zhì)Theproperty基本要求掌握有關(guān)蒸氣的各種術(shù)語及其意義。如：汽化、凝結(jié)、飽和狀態(tài)、飽和蒸氣、飽和液體、飽和壓力、三相點、臨界點、汽化潛熱等。了解蒸氣定壓發(fā)生過程及其在p-v圖和T-s圖上的一點、二線、三區(qū)和五態(tài)。了解水蒸氣圖表的結(jié)構(gòu)，并掌握其應(yīng)用。掌握水蒸氣熱力過程的熱量及功量的計算?；疽笳莆沼嘘P(guān)蒸氣的各種術(shù)語及其意義。如：汽化、凝結(jié)、飽和水和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，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水和水蒸氣是實際氣體的代表水蒸氣在空氣中含量極小，當(dāng)作理想氣注意區(qū)分定義水蒸氣蒸氣蒸汽SteamVapor注意區(qū)分定義水蒸氣蒸氣蒸汽SteamVapor汽化方式：

蒸發(fā)：汽化過程在液體表面發(fā)生

沸騰：汽化過程在液體表面及內(nèi)部同時發(fā)生汽化與凝結(jié)汽化

物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程基本概念BoilVaporization汽化方式：汽化與凝結(jié)基本概念BoilVaporization凝結(jié)物質(zhì)由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程。

凝結(jié)的速度取決于空間蒸氣的壓力。汽化與凝結(jié)基本概念凝結(jié)汽化與凝結(jié)基本概念飽和狀態(tài)液體分子脫離其表面的汽化速度氣體分子回到液體中的凝結(jié)速度＝這時液體與蒸氣處于動平衡狀態(tài)，稱為飽和狀態(tài)飽和液體飽和蒸氣Saturation飽和狀態(tài)液體分子脫離其表面的汽化速度氣體分子回到液體中的凝結(jié)飽和溫度和飽和壓力處于飽和狀態(tài)的氣、液溫度相同，稱為飽和溫度ts，蒸氣的壓力稱為飽和壓力ps飽和蒸氣壓方程當(dāng)達到汽化和凝結(jié)速度相等的飽和狀態(tài)時，飽和溫度和壓力必存在單值性關(guān)系。ps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高壓鍋ps=1.6barTs=113.32℃飽和溫度和飽和壓力ps=1.01325barTs=100℃

幾個名詞

飽和液(saturatedliquid)—處于飽和狀態(tài)的液體：t=ts

干飽和蒸氣(dry-saturatedvapor;dryvapor)—處于飽和狀態(tài)的蒸汽：t=ts

未飽和液(unsaturatedliquid)

—溫度低于所處壓力下飽和溫度的液體：t<ts

過熱蒸氣(superheatedvapor)

—溫度高于飽和溫度的蒸汽：t>ts,t–ts=d稱過

熱度(degreeofsuperheat)。

濕飽和蒸汽(wet-saturatedvapor;wetvapor)

—飽和液和干飽和蒸汽的混合物：t=ts使未飽和液達飽和狀態(tài)的途徑：

§3-8純物質(zhì)的熱力學(xué)面及相圖物質(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、蒸氣Puresubstance

Solid

Liquid

Gas

Ice

Water

vapor

§3-8純物質(zhì)的熱力學(xué)面及相圖物質(zhì)三種聚集狀態(tài)：固態(tài)、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

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臨界點臨界點Criticalpoint水的臨界點狀態(tài)飽和液線

思考題沒有。t>374.16℃有2.有沒有500oC的水？1.溜冰冰刀的工作原理？3.有沒有-3℃

的蒸氣？4.一密閉容器內(nèi)有水的氣液混合物，對其加熱，是否一定能變成蒸氣？思考題沒有。t>374.16℃有2.有沒有5純物質(zhì)的p-T相圖pT液氣固水三相點臨界點流體純物質(zhì)的p-T相圖pT液氣固水三相點臨界點流體§3-9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§3-9水蒸氣的定壓發(fā)生過程t<tst=tst=sp-v圖，T-s圖上的定壓加熱過程一點，二線，三區(qū)，五態(tài)sp-v圖，T-s圖上的定壓加熱過程一點，二線，三區(qū)，五態(tài)一點臨界點Criticalpoint兩線上界限線下界限線三區(qū)液汽液共存汽五態(tài)未飽和水飽和水濕蒸汽干飽和蒸汽過熱蒸汽一點，二線，三區(qū)，五態(tài)一點兩線上界限線三區(qū)液汽液共存汽五態(tài)未飽和水飽和水濕蒸汽干飽水蒸氣定壓發(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水蒸氣定壓發(fā)生過程說明(1)(2)(3)理想氣體實際氣體等壓線上飽和態(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等壓線上飽和態(tài)參數(shù)ptsv’(m3/kg)v’’s’s’’k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不變水的壓縮性很小，壓縮后升溫極微。Inpressiblesubstance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，各種工質(zhì)均具有類似水的性質(zhì)如CO2各種工質(zhì)均具有類似水的性質(zhì)§3-10水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表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s§3-10水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表未飽和水及過熱蒸汽，一吉布斯相律Gibbsphaserule，1875無化學(xué)反應(yīng)時，熱力系獨立參數(shù)數(shù)目為獨立強度參數(shù)數(shù)組元數(shù)相數(shù)對于水單元系單相2個（p和T）兩相1個（p或T）三相0個（p和T定值）四相不可能吉布斯相律Gibbsphaserule，1875無化水和水蒸氣狀態(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)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兩兩相比例由干度x確定定義干飽和蒸氣飽和水對干度x的說明：x=0飽和水x=1干飽和蒸氣0

≤x

≤1在過冷水和過熱蒸氣區(qū)域，x無意義Quality兩相比例由干度x確定定義干飽和蒸氣飽和水對干度x的說明：x濕飽和蒸氣區(qū)狀態(tài)參數(shù)的確定

如果有1kg濕蒸氣，干度為x,即有xkg飽和蒸氣，(1-x)kg飽和水。已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度xh,v,s濕飽和蒸氣區(qū)狀態(tài)參數(shù)的確定如果有1kg濕蒸氣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）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。但查表舉例查表時先要確定在五態(tài)中的哪一態(tài)。例.3－53－6p85查表舉例查表時先要確定在五態(tài)中的哪一態(tài)。例.3－53－6查表舉例

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。

查表舉例在一剛性容器內(nèi)充滿p=0.1MPa，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蒸汽動力循環(huán)鍋爐汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器過熱器定壓過程等熵過程蒸汽動力循環(huán)鍋汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器過熱器定壓過程等熵過程焓熵圖Enthalpy-entropydiagramhsCpx=1x=0pCMollierdiagram焓熵圖Enthalpy-entropydiagramh焓熵圖Enthalpy-entropydiagramhsCx=1x=0pvTx焓熵圖Enthalpy-entropydiagramh斜率定壓線定溫線定容線定干度線焓熵圖斜率定壓線焓熵圖1）定壓線群濕蒸汽區(qū)，T=Ts，直線過熱蒸汽區(qū)，斜率隨T增大而增大01）定壓線群濕蒸汽區(qū)，T=Ts，直線過熱蒸汽區(qū)，斜率隨T2）定溫線群濕蒸汽區(qū)：直線，與等壓線重合過熱蒸汽區(qū)：等溫線較等壓線平坦，低壓時趨于水平。體積膨脹系數(shù)2）定溫線群濕蒸汽區(qū)：直線，與等壓線重合過熱蒸汽區(qū)：等溫線較3）等容線群4）等干度線等容線比等壓線陡等熵條件3）等容線群4）等干度線等容線比等壓線陡等熵條件§3-11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：

ps

T

v

§3-11水蒸氣的熱力過程任務(wù)：確定初終態(tài)參數(shù)，熱力過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