工程熱力學(xué)-第六章水蒸氣

1、第六章 水和水蒸氣的性質(zhì),水蒸氣是實(shí)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(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，無毒， 膨脹性能好，傳熱性能好,本章主要內(nèi)容,1. 實(shí)際工質(zhì)的物性,3. 水蒸氣圖表的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用,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

2、,§ 6-1 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,水的熱力學(xué)面,兩相區(qū),單相區(qū),氣,液,固,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,純物質(zhì)（水）的相變,液—汽 汽化（沸騰） 凝結(jié)固—液 融化（熔解） 凝固汽—固 凝華

3、 升華,飽和線、三相線和臨界點(diǎn),p,v,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),,,水的臨界點(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),純物質(zhì)的p-T相圖,,,,,p,p,T,T,,,,,,,,,,,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

4、,,汽化線,汽相和液相,,因固相不流動(dòng)，更關(guān)心汽液兩相,§6-2 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)的物理過程 (不涉及化學(xué)變化),蒸發(fā)：汽液表面上的汽化,,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,,一一對應(yīng),放掉一些水，Ts不

5、變， ps？,Ts,,ps,,ps=1.01325bar,,Ts=100 ℃,青藏ps=0.6bar,,Ts=85.95 ℃,高壓鍋ps=1.6bar,,Ts=113.32 ℃,§6-3 水蒸氣的定壓發(fā)生過程,t < ts,t = ts,t = ts,t = ts,t > ts,v < v’,v = v’,v = v’’,v ’< v <v’’,v > v’’,未飽和水,飽和水,濕飽和蒸汽,

6、干飽和蒸汽,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’’,水蒸氣定壓發(fā)生過程說明,(1),(2),熵在加熱時(shí)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,過冷度,過冷水,過熱蒸汽,過熱度,過熱蒸汽,,,,,,,

7、,,,,,,,s,p-v圖，T-s圖上的水蒸氣定壓加熱過程,一點(diǎn)，二線，三區(qū)，五態(tài),§6-4 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(gè)獨(dú)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(dú)立，汽液兩相,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(gè)獨(dú)立參數(shù)，如：p、T,2、飽和水和干飽和蒸汽,確定p或T,3、濕飽和蒸汽,除p或T外，其

8、它參數(shù)包括比參數(shù)與兩相比例有關(guān),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：,0 ≤ x ≤ 1,在過冷水和過熱蒸汽區(qū)域，x無意義,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x,,h ,v ,s,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,飽和水和飽和水蒸氣表（

9、按溫度排列）,飽和水和飽和水蒸氣表（按壓力排列）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,未飽和水和過熱蒸汽表（節(jié)錄）,表的出處和零點(diǎn)的規(guī)定,原則上可任取零點(diǎn)，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(huì)議發(fā)表的國際骨架表編制，盡管IFC（國際公式化委員會(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

10、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),查表舉例（1）,查表時(shí)先要確定在五態(tài)中的哪一態(tài)。,例.1 已知 ：p=1MPa,試確定t=100℃, 200℃ 各處于哪個(gè)狀態(tài), 各自h是多少？,ts(p)=179.88℃,t=100℃ < ts, 未飽和水,h=419.7kJ/kg,t=200℃ > ts, 過熱蒸汽,h=2827.5kJ/kg,查表舉例（2）,已知 t=250℃, 5k

11、g 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),查表舉例（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),查表舉例（3）,已知 t=85℃, p=0.015MPa , 試確定狀態(tài)? h=?,ts=54.0℃ ,,過熱狀態(tài),p=0.015MPa,內(nèi)插法,蒸汽動(dòng)力循環(huán),,定壓過程,等熵過程,,,,,,,§6-5 水

12、蒸氣的熱力過程,任務(wù)： 確定初終態(tài)參數(shù)， 計(jì)算過程中的功和熱 在p-v、T-s、h-s圖上表示,焓熵結(jié)構(gòu)示意圖,,,h,s,,,,C,,,x=1,x=0,p,T,,焓熵簡化圖,注意與理想氣體過程的區(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,準(zhǔn)靜態(tài),可逆,水蒸氣的定壓過程,q = ?h wt = 0,,3,4,2,,1,,,,例：鍋爐中，水從30℃

13、，4MPa, 定壓加熱到450 ℃，交換的熱量,q = h2-h1,ts(4MPa)=250.33℃,鍋爐、換熱器,水蒸氣的定壓過程,例：水從30℃ ，4MPa, 定壓加熱到450 ℃,q = h2-h1,,2,T,s,,,h,s,2,h1 = 129.3 kJ/kg h2 = 3330.7 kJ/kg,,h2,h1,,,,1,3,4,,1,4,,,,3,,,,,,=3201.4kJ/kg,水蒸氣的絕熱過程,p1,2

14、’,,p2,不可逆過程：,汽輪機(jī)、水泵,,1,2,,,,,,q = 0,水蒸氣的絕熱過程,汽輪機(jī)、水泵,q = 0,2’,1,2,,,,,,不可逆過程：,p1,p2,水蒸氣的絕熱過程,汽輪機(jī)、水泵,q = 0,不可逆過程,p1,p2,,2,1,,h1,h2,,,h2’,,,,,2’,透平內(nèi)效率,水蒸氣的絕熱過程舉例,p1,p2,,2,1,,h1,h2,,,h2’,,,,,2’,例：汽輪機(jī),求：,解：由 t1、p1查表,水蒸氣的絕熱過程舉

15、例,p1,p2,,2,1,,h1,h2,,,h2’,,,,,2’,求：,由 p2查表,水蒸氣的絕熱過程舉例,p1,p2,,2,1,,h1,h2,,,h2’,,,,,2’,求：,水蒸氣的定溫過程,實(shí)際設(shè)備中很少見,C,遠(yuǎn)離飽和線，接近于理想氣體,水蒸氣的定溫過程,,,1,2,T,s,,,,h,s,1,2,,,,2’,,,,,理想氣體,可逆過程：,1 2’,5、注意與理想氣體比較，哪些公式可用、 哪些不能用,第六章 小 結(jié),