第9章-水蒸氣2講解課件

第九章水蒸氣性質(zhì)和蒸汽動力循環(huán)第九章水蒸氣性質(zhì)和蒸汽動力循環(huán)內(nèi)容要求:掌握水蒸氣的定壓產(chǎn)生過程；分析確定水蒸氣的狀態(tài)；了解水蒸氣的熱力過程；掌握蒸汽熱力性質(zhì)圖表的結(jié)構(gòu)和應用內(nèi)容要求:

蒸氣：泛指剛剛脫離液態(tài)或比較接近液態(tài)的氣態(tài)物質(zhì)。是一種實際氣體。

常用蒸氣：水蒸氣，氨蒸氣，氟里昂蒸氣。

水蒸氣特點：人類在熱力發(fā)動機中最早廣泛使用的工質(zhì)。來源豐富，無毒無味，比熱容大，傳熱好，有良好的膨脹和載熱性能，不污染環(huán)境。

熱工計算：不能按理想氣體處理。狀態(tài)方程式，比熱的函數(shù)關(guān)系以及有關(guān)熱工計算的經(jīng)驗公式都比較復雜。采用查圖查表方法——蒸氣的熱力性質(zhì)圖表。蒸氣：泛指剛剛脫離液態(tài)或比較接近液態(tài)的常用蒸氣：水蒸氣，9—1水蒸氣的產(chǎn)生過程1.汽化(vaporation)

：物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程。汽化的方式有兩種：蒸發(fā)和沸騰。

9-1-1

基本概念2.液化(liquefaction)

：物質(zhì)由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程（凝結(jié)）。3.蒸發(fā)(boil-off)

：在液體表面較緩慢地進行的汽化過程。

蒸發(fā)可以在任何溫度下進行。特點9—1水蒸氣的產(chǎn)生過程1.汽化(vapora

蒸發(fā)速度取決于液體的性質(zhì)，液體的溫度，蒸發(fā)表面積和液面上氣流速度。4.沸騰(boiling):

在特定的溫度下發(fā)生，在液體內(nèi)部和表面同時進行的強烈的汽化過程。

沸騰的溫度與液體所受的壓力有關(guān)。特點

沸點(boilingpoint)：在某一壓力下，液體沸騰時的溫度。與液體的性質(zhì)有關(guān)。同種液體，沸點還隨壓力的升高而增大。沸騰狀態(tài)的水總是燙手的。蒸發(fā)速度取決于液體的性質(zhì)，液體的溫度，4.沸騰5.飽和狀態(tài)(saturationstate)

：氣液兩相處于動態(tài)平衡的狀態(tài)。飽和液體(saturatedliquid)：飽和狀態(tài)下的液體；飽和蒸氣(saturatedvapor)：飽和狀態(tài)下的蒸氣；飽和溫度和飽和壓力：

特點：（1）汽液共存；（2）汽液同溫；（3）飽和壓力隨飽和溫度的升高而增大，兩者一一對應。5.飽和狀態(tài)(saturationstate)6.濕飽和蒸汽(wetvapor)：

是飽和蒸汽與飽和液體的混合物．二者處于兩相平衡。7.干飽和蒸汽：不含有液體的飽和蒸汽。8.過熱蒸汽(superheatedvapor)

；在一定壓力下，溫度大于飽和溫度時的蒸汽。過熱度：過熱蒸汽溫度t–飽和蒸汽溫度ts。9.過冷液體(subcooledliquid)

：

在一定壓力下，溫度低于相應飽和溫度的液體。過冷度：飽和蒸汽溫度ts

–過冷液體溫度t。6.濕飽和蒸汽(wetvapor)：7.

9-1-2水蒸氣的定壓產(chǎn)生過程活塞式汽缸中水蒸氣的定壓產(chǎn)生過程。分析假設：汽缸中有1kg，初溫為0oC的水，水面上有一個可以移動的活塞，施加一定的壓力p（不同實驗序號下維持恒定壓力），在容器底部對水加熱。p加熱9-1-2水蒸氣的定壓產(chǎn)生過程活塞式汽缸中水蒸氣的定壓1.水蒸氣產(chǎn)生過程的三個階段p加熱p加熱p加熱p加熱p加熱未飽和水

濕飽和蒸汽干飽和蒸汽

過熱蒸汽

飽和水水定壓預熱飽和水定壓汽化干蒸汽定壓過熱1.水蒸氣產(chǎn)生過程的三個階段p加熱p加熱p加熱p加熱吸熱，溫度升高，比體積略增

水定壓預熱：

未飽和水

飽和水

參數(shù)：ps，ts

，v’，h’，s’吸熱，溫度升高，比體積略增水定壓預熱：未飽和水

飽和水定壓汽化繼續(xù)加熱，水開始汽化，飽和溫度不變，比體積增大，水量逐漸減少，汽量逐漸增加

參數(shù)：ps，ts，

vx，hx，sx繼續(xù)加熱，溫度不變，比體積增大，至汽缸中的最后一滴水變成蒸汽

參數(shù)：ps，ts，v”，h”，s”

參數(shù)：ps，ts

，v’，h’，s’

濕飽和蒸汽

干飽和蒸汽

飽和水飽和水定壓汽化繼續(xù)加熱，水開始汽化，飽和溫度不變，參數(shù)

干蒸汽定壓過熱

干飽和蒸汽

過熱蒸汽繼續(xù)加熱，比體積繼續(xù)增大，蒸汽溫度開始上升，溫度大于相應壓力下的飽和溫度

參數(shù)：ps，ts，v”，h”，s”干蒸汽定壓過熱干飽和蒸汽過熱蒸汽繼續(xù)加熱，比體2.水蒸氣定壓形成過程在p-v圖和T-s圖表示

abcdep預熱汽化過熱

vv’vxv”vvTsabcdes’sxs”s

某一壓力下2.水蒸氣定壓形成過程在p-v圖和T-s圖表示a3.水蒸氣定壓形成過程的能量關(guān)系（1）未飽和水的定壓預熱階段液體熱用焓差表示（2）飽和水的定壓（定溫）汽化階段用汽化潛熱表示：或用熵來計算汽化潛熱：

Tsabcdes’sxs”sTS3.水蒸氣定壓形成過程的能量關(guān)系（1）未飽和水的定壓表示濕蒸汽的干燥程度；飽和水x=0，干飽和蒸汽x=1;汽輪機運行時，干度規(guī)定x=0.86-0.88

干度(quality)

：濕蒸汽中所含有的干飽和蒸汽的質(zhì)量分數(shù)。說明

Tsabcdes’sxs”sTS表示濕蒸汽的干燥程度；干度(quality)：說明T

（3）干飽和蒸汽的定壓過熱階段

水蒸氣定壓產(chǎn)生過程中所需的熱量：過熱熱量(heatofsuperheating)

用焓差表示：

Tsabcdes’sxs”s（3）干飽和蒸汽的定壓過熱階段水蒸氣定壓產(chǎn)生過程中所需的

9-1-3不同壓力下水蒸氣定壓形成過程的

p-v圖和T-s圖a1a2a3a4b4b2b3b1d4d3d2d1e4e3e2e1CTcrTABpcr0svppcra1a2a3a4b1e1d1b4b3b2d4d3d2e4e3e2BCATcr09-1-3不同壓力下水蒸氣定壓形成過程的a1a2a3a臨界點(criticalpoint)下臨界線(saturationliquidline)：不同壓力下飽和水狀態(tài)上臨界線(saturationvaporline)：不同壓力下干飽和蒸汽狀態(tài)液相區(qū)(liquidregion)汽液兩相區(qū)(liquid-vaporregion)汽相區(qū)(vaporregion)未飽和水，飽和水，濕飽和蒸汽，干飽和蒸汽，過熱蒸汽2線3區(qū)5態(tài)1點是否有400oC的水？0oC或-10oC的水蒸氣臨界點(criticalpoint)下臨界線(sat水的p-T相圖pT液氣固水三相點臨界點超流體升華線凝固線汽化線abcd超過臨界溫度沒有液體。

超過臨界壓力，定壓加熱過程不存在氣化段。（水由不飽和直接到過熱）Pt圖上飽和水的定壓吸熱過程為一點（c)。（定溫過程）

低于三相點壓力沒有液體。飽和溫度和飽和壓力一一對應。水的p-T相圖pT液氣固水三相點臨界點超流體升華線凝固線汽化9—2

水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)

9-2-1零點的規(guī)定：

理想氣體和實際氣體的不同比較選擇水的三相點（273.16K）的液相水為基準點。規(guī)定該狀態(tài)下，液相水的熱力學能和熵為零。即：焓：9—2水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)9-2-1零點的規(guī)定：

9-2-2水與水蒸氣表(steamtablesforwater)飽和水與飽和水蒸氣的熱力性質(zhì)表（附表5，6）未飽和水與過熱水蒸氣的熱力性質(zhì)表（附表7）

按溫度排列（附表5）按壓力排列（附表6）

粗黑線上方：未飽和水參數(shù)粗黑線下方：過熱水蒸氣參數(shù)兩種9-2-2水與水蒸氣表(steamtables飽和水與飽和水蒸氣的熱力性質(zhì)表——溫度排序飽和水與飽和水蒸氣的熱力性質(zhì)表——溫度排序飽和水與飽和水蒸氣的熱力性質(zhì)表——壓力排序飽和水與飽和水蒸氣的熱力性質(zhì)表——壓力排序1.飽和水和飽和水蒸氣

壓力溫度

比體積比焓汽化潛熱比熵液體蒸汽液體蒸汽液體蒸汽ptv’v‘’h’h’’γs’s’’0.00106.94910.0010001129.18529.212513.292484.10.10568.9735壓力ps或溫度ts飽和水：已知ps/ts，確定v’,h’,s’,u’=h’-psv’飽和水蒸氣：已知ps/ts，確定v’’,h’’,s’’,u”=h”-psv”1.飽和水和飽和水蒸氣壓力溫度比體積比焓汽化潛熱比2.濕飽和蒸汽

壓力溫度

比體積比焓汽化潛熱比熵液體蒸汽液體蒸汽液體蒸汽ptv’v‘’h’h’’γs’s’’0.00106.94910.0010001129.18529.212513.292484.10.10568.9735壓力ps/溫度ts，干度x濕飽和蒸汽2.濕飽和蒸汽壓力溫度比體積比焓汽化潛熱比熵液體蒸未飽和水與過熱水蒸氣的熱力性質(zhì)表未飽和水與過熱水蒸氣的熱力性質(zhì)表2.未飽和水與過熱水蒸氣壓力p,和溫度t8.34222648.916.2688.66392649.732.5669.40802650.3162.956808.23132610.815.3368.55372611.830.7129.29842612.7153.717600.5723167.510.00100798.43662574.028.8549.18232575.2144.475400.296383.870.00100180.296383.870.00100189.05882537.7135.226200.151042.010.00100030.151042.010.00100038.99382519.0130.59810-0.0002-0.040.0010002-0.0002-0050.0010002-0.0002-0.050.0010020shvshvshv溫度t0.010MPa0.005MPa0.001MPa壓力p2.未飽和水與過熱水蒸氣壓力p,和溫度t8.34222利用水蒸氣表，確定下列各點的狀態(tài)（1）t=45oC,v=0.00100993m3/kg;

（2）t=200oC,x=0.9;

（3）p=0.5MPa,t=165oC;

（4）p=0.5MPa,v=0.545m3/kg例題利用水蒸氣表，確定下列各點的狀態(tài)例題結(jié)論判斷工質(zhì)所處狀態(tài)

已知（p,t）查飽和蒸汽圖表，確定蒸汽狀態(tài)。未飽和液體狀態(tài)飽和狀態(tài)，還需再給定干度x過熱蒸汽狀態(tài)

若已知p(或t),及某一比參數(shù)v,h,s,

先查飽和蒸汽表,確定蒸汽狀態(tài)。未飽和液體狀態(tài)飽和狀態(tài)過熱蒸汽狀態(tài)再查未飽和水和過熱蒸汽表確定參數(shù)結(jié)論判斷工質(zhì)所處狀態(tài)已知（p,t）查飽和蒸汽圖表，確定蒸思考題1.臨界點時，飽和液體的焓等于干飽和蒸汽的焓。2.某液體的溫度為T，若其壓力大于T對應的飽和壓力，則該液體一定處于未飽和液體狀態(tài)。3.干飽和蒸汽被定熵壓縮，將變?yōu)椋ǎ?.知道了溫度和壓力，就可以確定水蒸氣的狀態(tài)。5.水蒸氣的定溫膨脹過程滿足Q=W。Tps(T)實際氣體

過熱蒸汽思考題1.臨界點時，飽和液體的焓等于干飽和蒸汽的焓。Tpssp-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)sp-v圖，T-s圖上的水蒸氣定壓加熱過程一點，二線，三區(qū)，

水蒸氣焓熵圖hsCx=1x=0pvTx水蒸氣焓熵圖hsCx=1x=0pvTx水蒸氣的絕熱過程汽輪機q=02’12Ts不可逆過程：

可逆過程：

sp1p2水蒸氣的絕熱過程汽輪機q=02’12Ts不可逆過程：可水蒸氣的絕熱過程汽輪機q=0hs不可逆過程

可逆過程：

sp1p221h1h2h2’2’內(nèi)效率

水蒸氣的絕熱過程汽輪機q=0hs不可逆過程可逆過程：水蒸氣的定溫過程pv實際設備中很少見TCTcT遠離飽和線，接近于理想氣體水蒸氣的定溫過程pv實際設備中很少見TCTcT遠離飽和線，接水蒸氣的定溫過程12Ts可逆過程：水蒸氣的定溫過程12Ts可逆過程：水蒸氣的定容過程實際設備中不常見12pv水蒸氣的定容過程實際設備中不常見12pv水蒸氣的定容過程1TshspT212vpv水蒸氣的定容過程1TshspT212vpv2023/10/1039熱機：將熱能轉(zhuǎn)換為機械能的

設備。

熱機的工作循環(huán)稱為動力循環(huán)。動力循環(huán)：蒸汽動力循環(huán)燃氣動力循環(huán)9-3

基本的蒸汽動力循環(huán)—朗肯循環(huán)2023/10/839熱機：將熱能轉(zhuǎn)換為機械能的

2023/10/1040水蒸汽的卡諾循環(huán)局限：(1)熱效率低。(2)干度小。(3)壓縮過程很難穩(wěn)定。4321Ts2023/10/840水蒸汽的卡諾循環(huán)局限：(1)熱效率2023/10/1041水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)的簡化鍋爐汽輪機給水泵凝汽器朗肯循環(huán)1234簡化（理想化）：1

2汽輪機s

膨脹2

3凝汽器p

放熱3

4給水泵s

壓縮41

鍋爐p

吸熱2023/10/841水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)的簡化鍋汽輪機給水泵2023/10/10421342pv朗肯循環(huán)pv圖1

2汽輪機s

膨脹2

3凝汽器p

放熱3

4給水泵s

壓縮41

鍋爐p

吸熱2023/10/8421342pv朗肯循環(huán)pv圖12汽2023/10/1043hs1324朗肯循環(huán)Ts和hs圖4321Ts1

2汽輪機s

膨脹2

3凝汽器p

放熱3

4給水泵s

壓縮41

鍋爐p

吸熱2023/10/843hs1324朗肯循環(huán)Ts和hs圖4322023/10/1044朗肯循環(huán)功和熱的計算

汽輪機作功：凝汽器中的定壓放熱量：水泵絕熱壓縮耗功：鍋爐中的定壓吸熱量：4321Ts2023/10/844朗肯循環(huán)功和熱的計算汽輪機作功：凝汽2023/10/1045朗肯循環(huán)熱效率的計算

一般很小，占0.8~1%，忽略泵功

4321Ts2023/10/845朗肯循環(huán)熱效率的計算一般很小，占0.2023/10/1046sp1,t1,p2654321如何提高朗肯循環(huán)的熱效率影響熱效率的參數(shù)？T2023/10/846sp1,t1,p2654321如何2023/10/1047sT6543219-4

蒸汽參數(shù)對朗肯循環(huán)熱效率的影響t1,p2不變，p1優(yōu)點：

，汽輪機出口尺寸小缺點：

P1

對強度要求高

不利于汽輪機安全。一般要求出口干度大于0.85~0.88初始壓力的影響2023/10/847sT6543219-4蒸汽參數(shù)對朗肯2023/10/1048sT654321蒸汽初溫的影響優(yōu)點：

，有利于汽機安全。缺點：

對耐熱及強度要求高，目前最高初溫一般在550℃左右汽機出口尺寸大p1,p2不變，t12023/10/848sT654321蒸汽初溫的影響優(yōu)點：缺2023/10/1049sT654321乏汽壓力的影響優(yōu)點：

缺點：受環(huán)境溫度限制，現(xiàn)在大型機組p2為0.0035~0.005MPa，相應的飽和溫度約為27~33℃

，已接近事實上可能達到的最低限度。冬天熱效率高p1,t1不變，p22023/10/849sT654321乏汽壓力的影響優(yōu)點：缺2023/10/10509-5

蒸汽再熱循環(huán)再熱循環(huán)的提出定義將高溫高壓的過熱蒸汽引入汽輪機的高壓部分做功；將做功后降溫降壓的蒸汽全部抽出引回到鍋爐的再熱器中吸熱，而使其溫度提高；再將溫度升高后的過熱蒸汽引入汽輪機的中、低壓部分繼續(xù)做功，直至膨脹到排汽壓力，排入凝汽器中。在原來朗肯循環(huán)的基礎(chǔ)上，引入再熱過程，就稱為再熱循環(huán)。目的

(1)提高汽輪機的排汽干度；(2)提高循環(huán)的熱效率。2023/10/8509-5蒸汽再熱循環(huán)再熱循環(huán)的提出2023/10/1051Ts65431b2023/10/851Ts65431b2023/10/1052蒸汽再熱循環(huán)的熱效率

再熱循環(huán)本身不一定提高循環(huán)熱效率

與再熱壓力有關(guān)

x2降低,給提高初壓創(chuàng)造了條件，選取再熱壓力合適，一般采用一次再熱可使熱效率提高2％～3.5％。Ts65431b2023/10/852蒸汽再熱循環(huán)的熱效率再熱循環(huán)本身2023/10/1053蒸汽再熱循環(huán)的實踐

再熱壓力pb=pa0.2~0.3p1

p1<10MPa，一般不采用再熱

我國常見機組，10、12.5、20、30萬機組，p1>13.5MPa，一次再熱

超臨界機組，t1>600℃，p1>25MPa，二次再熱2023/10/853蒸汽再熱循環(huán)的實踐再熱壓力2023/10/1054蒸汽再熱循環(huán)的定量計算吸熱量：放熱量：凈功（忽略泵功）：熱效率：Ts65431b2023/10/854蒸汽再熱循環(huán)的定量計算吸熱量：放熱量：2023/10/10559-6

抽汽回熱循環(huán)回熱循環(huán)的提出定義對于朗肯循環(huán)，其循環(huán)熱效率較低的原因之一是工質(zhì)的吸熱平均溫度不高。雖然，通過提高進汽參數(shù)，如提高進汽溫度和壓力，可以提高吸熱平均溫度，進而提高循環(huán)的熱效率，但由于受水蒸汽的熱力性質(zhì)和熱設備材料性能的限制，吸熱的上限溫度不能提高得很多。因此，如果提高吸熱的下限溫度，吸熱平均溫度也將會提高，進而使循環(huán)熱效率提高。目的提高循環(huán)的熱效率2023/10/8559-6抽汽回熱循環(huán)回熱循環(huán)的提出2023/10/1056蒸汽抽汽回熱循環(huán)(1-

)kg

kg65as43211kgTa

kg4(1-

)kg51kg由于T-s圖上各點質(zhì)量不同，面積不再直接代表熱和功2023/10/856蒸汽抽汽回熱循環(huán)(1-)kgk2023/10/1057回熱循環(huán)的抽汽量計算以混合式回熱器為例熱一律忽略泵功(1-

)kg

kg65as43211kgTa

kg4(1-

)kg51kg2023/10/857回熱循環(huán)的抽汽量計算以混合式回熱器為例2023/10/1058回熱循環(huán)熱效率的計算吸熱量：放熱量：凈功：熱效率：(