工程熱力學(xué)第六章水蒸氣

工程熱力學(xué)第六章水蒸氣第一頁，共四十四頁，2022年，8月28日水蒸氣是實際氣體的代表水蒸氣在空氣中含量極小，當作理想氣體一般情況下，為實際氣體，使用圖表18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)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，傳熱性能好第二頁，共四十四頁，2022年，8月28日本章主要內(nèi)容1.實際工質(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第三頁，共四十四頁，2022年，8月28日§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、蒸汽第四頁，共四十四頁，2022年，8月28日水的熱力學(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第五頁，共四十四頁，2022年，8月28日純物質(zhì)（水）的相變液—汽汽化（沸騰）凝結(jié)固—液融化（熔解）凝固汽—固凝華升華第六頁，共四十四頁，2022年，8月28日飽和線、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：臨界點第七頁，共四十四頁，2022年，8月28日水的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第八頁，共四十四頁，2022年，8月28日純物質(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九頁，共四十四頁，2022年，8月28日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)心汽液兩相第十頁，共四十四頁，2022年，8月28日§6-2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十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日飽和狀態(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℃第十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日§6-3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’’未飽和水飽和水濕飽和蒸汽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’’水預(yù)熱汽化過熱第十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日水蒸氣定壓發(fā)生過程說明(1)(2)熵在加熱時增加(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過熱蒸汽第十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日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)第十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日§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，汽液兩相第十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日水和水蒸氣狀態(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)包括比參數(shù)與兩相比例有關(guān)第十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日兩相比例由干度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無意義第十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日濕飽和蒸汽區(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第十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日水和水蒸氣表兩類2、未飽和水和過熱蒸汽表1、飽和水和干飽和蒸汽表第二十頁，共四十四頁，2022年，8月28日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）第二十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日飽和參數(shù)未飽和水和過熱蒸汽表（節(jié)錄）第二十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日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：水的三相點第二十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日查表舉例（1）查表時先要確定在五態(tài)中的哪一態(tài)。例.1已知：p=1MPa,試確定t=100℃,200℃各處于哪個狀態(tài),各自h是多少？ts(p)=179.88℃t=100℃<

ts,未飽和水h=419.7kJ/kgt=200℃>

ts,過熱蒸汽h=2827.5kJ/kg第二十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日查表舉例（2）已知t=250℃,5kg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)第二十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日查表舉例（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)第二十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日查表舉例（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p=0.01MPat=85℃p=0.02MPat=85℃p=0.015MPat=85℃第二十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日蒸汽動力循環(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第二十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日§6-5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：

ps

T

v

第二十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日焓熵結(jié)構(gòu)示意圖hsCpx=1x=0pCpT

第三十頁，共四十四頁，2022年，8月28日焓熵簡化圖第三十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日注意與理想氣體過程的區(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)和表達式不能用準靜態(tài)可逆第三十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日水蒸氣的定壓過程q=hwt=0342pv1例：鍋爐中，水從30℃，4MPa,定壓加熱到450

℃，交換的熱量q=h2-h1ts(4MPa)=250.33℃鍋爐、換熱器第三十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日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第三十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日水蒸氣的絕熱過程p12’pvp2不可逆過程：

汽輪機、水泵12可逆過程：

s12

12’q=0第三十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日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第三十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日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

第三十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日水蒸氣的絕熱過程舉例hsp1p221h1h2h2’2’例：汽輪機

求：解：由

t1、p1查表

第三十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日水蒸氣的絕熱過程舉例hsp1p221h1h2h2’2’求：由p2查表第三十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日水蒸氣的絕熱過程舉例hsp1p221h1h2h2’2’求：第四十頁，共四十四頁，2022年，8月28日水蒸氣的定溫過程pv實際設(shè)備中很少見TCTcT遠離飽和線，接近于理想氣體第四十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日水蒸氣的定溫過程12Tshs