第八章 實際氣體與水蒸汽性質(zhì)

1、第八章第八章 水蒸汽的性質(zhì)水蒸汽的性質(zhì) 中南大學(xué)航空航天學(xué)院中南大學(xué)航空航天學(xué)院水和水蒸氣是實際氣體的代表水和水蒸氣是實際氣體的代表水蒸氣水蒸氣在空氣中含量極小，當作在空氣中含量極小，當作理想氣體理想氣體一般情況下，為一般情況下，為實際氣體實際氣體，使用圖表，使用圖表18世紀，蒸氣機的發(fā)明，是唯一工質(zhì)世紀，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)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)目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)優(yōu)點優(yōu)點: 便宜，易得，無毒，便宜，易得，無毒， 膨脹性能好，傳熱性能好膨脹性能好，傳熱性能好是其它實際氣體的代表是其它實際氣體的代

2、表本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容1. 實際工質(zhì)的物性實際工質(zhì)的物性3. 水蒸氣圖表的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用水蒸氣圖表的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用4. 水蒸氣熱力過程水蒸氣熱力過程2. 水蒸氣的產(chǎn)生過程水蒸氣的產(chǎn)生過程水蒸氣水蒸氣蒸氣蒸氣蒸汽蒸汽SteamVapor 8.1 純物質(zhì)的熱力學(xué)面及相圖純物質(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)、物質(zhì)三種聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、 氣態(tài)氣態(tài)熱力學(xué)面：以熱力學(xué)面：以p,v,T表示的物質(zhì)各種狀態(tài)表示的物質(zhì)各種狀態(tài) 的曲面的曲面水的三態(tài)：水的三態(tài)：冰、冰、 水、水、 蒸汽蒸汽Pure substance Solid Liquid Gas Ice Water Steam 水的熱力學(xué)面水的熱

3、力學(xué)面兩相區(qū)兩相區(qū)單相區(qū)單相區(qū)氣液固六個區(qū)：三個單相區(qū)、三個兩相區(qū)六個區(qū)：三個單相區(qū)、三個兩相區(qū)液-氣固-氣固-液飽和線、三相線和臨界點飽和線、三相線和臨界點pv四個線：三個飽和線、一個三相線四個線：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：一個點：臨界點臨界點tptp611.2Pa,273.16KpTSaturation lineTriple line臨界點臨界點Critical pointcoc3c22.129MPa647.30K (374.15 C)m0.00326kgpTv水的水的臨界臨界點狀點狀態(tài)態(tài)飽和液線與飽和氣線的交點飽和液線與飽和氣線的交點氣液兩相共存

4、的氣液兩相共存的pmax,Tmax等溫線是鞍點等溫線是鞍點cc22TT0,0ppvv臨臨界界點點純物質(zhì)的純物質(zhì)的p-T相圖相圖ppTT液液液液氣氣氣氣固固固固水水一般物質(zhì)一般物質(zhì)三相點三相點三相點三相點臨界點臨界點臨界點臨界點流體流體流體流體升華線升華線升華線升華線凝固線凝固線凝固線凝固線汽化線汽化線汽化線汽化線 思考題思考題沒有。沒有。t374.16 有有3. 有沒有有沒有500C的水的水？1. 溜冰冰刀溜冰冰刀2. 北方冬天晾在外邊的衣服，北方冬天晾在外邊的衣服，是否經(jīng)過液相是否經(jīng)過液相4. 有沒有有沒有-3 的蒸汽的蒸汽？5. 一密閉容器內(nèi)有水的汽液混合物，對其一密閉容器內(nèi)有水的汽液混合

5、物，對其 加熱，是否一定能變成蒸汽？加熱，是否一定能變成蒸汽？純物質(zhì)的純物質(zhì)的p-T相圖相圖ppTT液液液液氣氣氣氣固固固固水水一般物質(zhì)一般物質(zhì)三相點三相點三相點三相點臨界點臨界點臨界點臨界點流體流體流體流體coc3c22.129MPa647.30K (374.15 C)m0.00326kgpTv飽和線、三相線和臨界點飽和線、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8.2 汽化與飽和汽化與飽和沸騰：沸騰：表面和液體內(nèi)部同時發(fā)生的汽化表面和液體內(nèi)部同時發(fā)生的汽化( (氣體和液體均處在飽和狀態(tài)下氣體和液體均處在飽和狀態(tài)下) )汽化汽化: 由液態(tài)變成氣態(tài)的物理過程由液態(tài)變成氣態(tài)的物理

6、過程 (不涉及化學(xué)變化不涉及化學(xué)變化)蒸發(fā)：蒸發(fā)：汽液表面上的汽化汽液表面上的汽化 BoilVaporization飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)Saturation state飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡飽和溫度飽和溫度Ts飽和壓力飽和壓力ps一一對應(yīng)一一對應(yīng)放掉一些水，放掉一些水，Ts不變，不變， ps？Tspsps=1.01325barTs=100 青藏青藏ps=0.6barTs=85.95 高壓鍋高壓鍋ps=1.6barTs=113.32 Saturation temperatureSaturation pressure純物質(zhì)的純物質(zhì)的p-T相圖相圖ppTT液液液液氣

7、氣氣氣固固固固水水一般物質(zhì)一般物質(zhì)三相點三相點三相點三相點臨界點臨界點臨界點臨界點流體流體流體流體汽化線汽化線汽化線汽化線8.3 水蒸氣的定壓發(fā)生過程水蒸氣的定壓發(fā)生過程t tsv vv = vv = vv v v未飽和水未飽和水飽和水飽和水 飽和濕蒸汽飽和濕蒸汽 飽和干蒸汽飽和干蒸汽 過熱蒸汽過熱蒸汽h hh = hh = hh h hs ss = ss = ss s s水預(yù)熱水預(yù)熱汽化汽化過熱過熱水蒸氣定壓發(fā)生過程說明水蒸氣定壓發(fā)生過程說明(1)()QUWUpdVUpVUpVH (2)fg0SSS (3) 理想氣體理想氣體( )hf T實際氣體汽化時，實際氣體汽化時，TTs不變，但不變，但

8、h增加增加hh汽化潛熱汽化潛熱(4) 未飽和水未飽和水過冷度過冷度sttt過冷過冷水過冷水過熱蒸汽過熱蒸汽過熱度過熱度sttt過熱只有熵加熱時永遠增加只有熵加熱時永遠增加cpcTcTABCACBcTTcTT cppcpp3a3b3d3e3c3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e2c2a2b2d2e1c1a1b1d1e1c1a1b1d1eTsp-v圖，圖，T-s圖上的水蒸氣定壓加熱過程圖上的水蒸氣定壓加熱過程pvcp一點，二線，三區(qū)，五態(tài)一點，二線，三區(qū)，五態(tài)等壓線上飽和態(tài)參數(shù)等壓線上飽和態(tài)參數(shù)ptsv(m3/kg)vsskJ/(kg.K)0.0061120.01 0.00100022 206

9、.1750.09.15621.099.63 0.00104341.6946 1.3027 7.36085.0151.85 0.00109280.374811.8604 6.821550.0263.92 0.00128580.03941 2.9209 5.9712221.29374.15 0.003260.00326 4.4294.429(bar)()bdbd定壓加熱線與飽和液線相近的說明定壓加熱線與飽和液線相近的說明當忽略液體當忽略液體cp變化，變化，21ln0qTscTT( , )uf T v0qdupdv不同的不同的p，液體近似，液體近似不可壓不可壓，v不變不變對每個對每個不變的不變的T8

10、.4 水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表狀態(tài)公理：狀態(tài)公理：簡單可壓縮系統(tǒng)，兩個獨立變量簡單可壓縮系統(tǒng)，兩個獨立變量未飽和水及過熱蒸汽，一般已知未飽和水及過熱蒸汽，一般已知p、T即可即可飽和水和干飽和蒸汽，只需確定飽和水和干飽和蒸汽，只需確定p或或T濕飽和蒸汽，濕飽和蒸汽， p和和T不獨立，汽液兩相不獨立，汽液兩相1875年，吉布斯提出了年，吉布斯提出了吉布斯相律吉布斯相律吉布斯相律吉布斯相律 Gibbs phase rule無化學(xué)反應(yīng)時，熱力系獨立參數(shù)數(shù)目為無化學(xué)反應(yīng)時，熱力系獨立參數(shù)數(shù)目為2Kf獨立強度參數(shù)數(shù)獨立強度參數(shù)數(shù) 組元數(shù)組元數(shù)相數(shù)相數(shù)對于水對于水1K 單元系單元

11、系單相單相1f 22個（個（ p和和T）兩相兩相2f 11個（個（ p或或T）三相三相3f 00個（個（ p和和T定值）定值）四相四相4f 0不可能不可能水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)確定的原則確定的原則1、未飽和水及過熱蒸汽、未飽和水及過熱蒸汽確定任意兩個獨立參數(shù)，如：確定任意兩個獨立參數(shù)，如：p、T2、飽和水和干飽和蒸汽、飽和水和干飽和蒸汽確定確定p或或T3、濕飽和蒸汽、濕飽和蒸汽除除p或或T外，其它參數(shù)與兩相比例有關(guān)外，其它參數(shù)與兩相比例有關(guān)兩相比例由兩相比例由干度干度x確定確定定義定義干飽和蒸汽干飽和蒸汽fmxmmvv干飽和蒸汽質(zhì)量濕飽和蒸汽質(zhì)量飽和水飽和水對對干度干度x的說明：

12、的說明：x = 0 飽和水飽和水x = 1 干飽和蒸汽干飽和蒸汽0 x 1在在過冷水過冷水和和過熱蒸汽過熱蒸汽區(qū)域，區(qū)域，x無意義無意義Quality濕飽和蒸汽區(qū)狀態(tài)參數(shù)濕飽和蒸汽區(qū)狀態(tài)參數(shù)的確定的確定 如果有如果有1kg濕蒸氣，干度為濕蒸氣，干度為x, 即有即有xkg飽和蒸汽，飽和蒸汽，(1-x)kg飽和水。飽和水。)1 (yxxyy)1 ()1 ()1 (sxxssvxxvvhxxhhyyxyy已知已知p或或T(h,v,s,h,v,s)+干度干度xh ,v ,so/ CtKT /p MPakgmv/ 3kgmv/3kgkJh/kgkJh/)(/ KkgkJs)(/KkgkJs01. 010

13、020030016.273000611. 000100022. 0175.2060 .2501000614. 00000. 01562. 915.373101325. 00010437. 06738. 13 .267606.4193069. 13564. 715.4735551. 10011565. 04 .82512714. 04 .27913307. 24289. 615.5735917. 80014041. 002162. 04 .13454 .27482559. 37038. 5kgmv/ 3kgmv/3kgkJh/kgkJh/)(/ KkgkJs)(/KkgkJso/ Ct982.

14、663.9988.17996.3105 .24840010001. 0208.1298 .251333.291060. 02 .22580010434. 06946. 17 .267551.4173027. 14 .20140011274. 06 .76219430. 00 .27778 .1315/p MPa001. 01 . 00 . 1100014526. 001800. 06 .14084 .27249756. 83608. 71382. 25847. 63616. 36143. 5kgkJr/飽和參數(shù)p0.01MPa0.02MPa83.45st1505. 86493. 04 .258

15、484.191676.140010102. 0 s sh hv v09.60st9092. 78321. 06 .260946.2516515. 70010172. 0 s sh hv vtvhsvhs04080600010002. 00.00001. 00010002. 00 . 00001. 05 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 08310. 01 .2510010171. 01752. 83 .261134.1527.163 .26493437. 8119. 88 .26470205. 84 .2724052. 95479. 84 .

16、272512.182261. 8120原則上可任取零點，國際上統(tǒng)一規(guī)定。原則上可任取零點，國際上統(tǒng)一規(guī)定。但但 原則上不為原則上不為0， 對水：對水： pvuh3m611.2 0.00100022pPavkg00006. 06 . 0kgkJkgJpvuh 表依據(jù)表依據(jù)1963年第六屆國際水和水蒸氣會議發(fā)表的年第六屆國際水和水蒸氣會議發(fā)表的國際骨架表編制，盡管國際骨架表編制，盡管IFC（國際公式化委員會）（國際公式化委員會）1967和和1997年先后發(fā)表了分段擬合的水和水蒸氣熱力年先后發(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。性質(zhì)公式，但工程上還主要依靠圖表。焓、內(nèi)能、熵

17、零點的規(guī)定：焓、內(nèi)能、熵零點的規(guī)定：0 s0u T16.273水的三相點水的三相點查表舉例（查表舉例（1）查表時先要確定在五態(tài)中的哪一態(tài)。查表時先要確定在五態(tài)中的哪一態(tài)。例例.1 已知已知 ：p=1MPa,試確定試確定t=100, 200 各處于哪個狀態(tài)各處于哪個狀態(tài), 各自各自h是多少？是多少？ts(p)=179.88t=100 ts, 過熱蒸汽過熱蒸汽h=2827.5kJ/kgp-v圖圖（示功圖示功圖）：面積代表功）：面積代表功能否用線段表示熱和功能否用線段表示熱和功T-s圖圖（示熱圖示熱圖）：面積代表熱）：面積代表熱蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力循環(huán)鍋鍋爐爐汽輪機汽輪機發(fā)電機發(fā)電機給水泵給水泵凝凝汽汽器