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文档简介

第七章 水和水蒸气的性质,基本知识点 水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的确定、水蒸气图表的结构和应用、水蒸气在热力过程中功量和热量的计算。,本章重点: 工业上水蒸气的定压生成过程,学会使用水蒸气热力学性质的图表,并能熟练的运用于各种热力过程的计算。,水和水蒸气是实际气体!,水蒸气,在空气中含量极小,当作理想气体,一般情况下,为实际气体,使用图表,18世纪,蒸气机的发明,是唯一工质,直到内燃机发明,才有燃气工质,目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质,优点: 便宜,易得,无毒, 膨胀性能好,传热性能好, 7-1 纯物质的热力学面及相图,物质有三种聚集状态:固态、液态、气态,热力学面:以p,v,T表示的物质各种状态 的曲面,水的三态:,冰、水、蒸汽,水的热力学面,两相区,单相区,气,液,固,六个区:三个单相区、三个两相区,液-气,固-气,固-液,饱和线、三相线和临界点,p,v,四个线:三个饱和线、一个三相线,饱和气线,三相线,饱和液线,饱和固线,T,临界点,一个点:临界点,三相线与临界点,水的临界点状态,饱和液线与饱和气线的交点,气液两相共存的pmax,Tmax,等温线是鞍点,临界点,水的三相线,纯物质的p-T相图,p,p,T,T,液,液,气,气,固,固,水,一般物质,三相点,三相点,临界点,临界点,流体,流体,升华线,升华线,凝固线,凝固线,汽化线,汽化线,思考题,没有。t374.16 ,有,3. 有没有500C的水?,1. 溜冰冰刀,2. 北方冬天晾在外边的衣服,是否经过液相,4. 有没有-3 的蒸汽?,5. 一密闭容器内有水的汽液混合物,对其 加热,是否一定能变成蒸汽?,纯物质的p-T相图,p,p,T,T,液,液,气,气,固,固,水,一般物质,三相点,三相点,临界点,临界点,流体,流体,饱和线、三相线和临界点,p,v,饱和气线,三相线,饱和液线,饱和固线,T,临界点,汽相和液相,因固相不流动,更关心汽液两相,冰蓄冷,7-2 汽化与饱和,沸腾:表面和液体内部同时发生的汽化,(气体和液体均处在饱和状态下),饱和状态:汽化与凝结的动态平衡,汽化: 由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化),蒸发:汽液表面上的汽化,饱和状态,饱和状态:汽化与凝结的动态平衡,饱和温度Ts,饱和压力ps,一一对应,放掉一些水,Ts不变, ps?,Ts,ps,ps=1.01325bar,Ts=100 ,青藏ps=0.6bar,Ts=85.95 ,高压锅ps=1.6bar,Ts=113.32 ,纯物质的p-T相图,p,p,T,T,液,液,气,气,固,固,水,一般物质,三相点,三相点,临界点,临界点,流体,流体,汽化线,汽化线,7-3 水蒸气的定压发生过程,t ts,t = ts,t = ts,t = ts,t ts,v v,v = v,v = v,v v v,v v,未饱和水,饱和水,饱和湿蒸汽,饱和干蒸汽,过热蒸汽,h h,h = h,h = h,h h h,h h,s s,s = s,s = s,s s s,s s,水蒸气定压发生过程说明,(1),(2),只有熵加热时永远增加,(3) 理想气体,实际气体汽化时,TTs不变,但h增加,汽化潜热,(4) 未饱和水,过冷度,过冷水,过热蒸汽,过热度,s,p-v图,T-s图上的水蒸气定压加热过程,一点,二线,三区,五态,等压线上饱和态参数,p,ts,v,(bar),v,s,s,kJ/(kg.K),0.006112,0.01,0.00100022,206.175,0.0,9.1562,1.0,99.63,0.0010434,1.6946,1.3027,7.3608,5.0,151.85,0.0010928,0.37481,1.8604,6.8215,50.0,263.92,0.0012858,0.03941,2.9209,5.9712,221.29,374.15,0.00326,0.00326,4.429,4.429,(bar),(),b,d,b,d,定压加热线与饱和液线相近的说明,当忽略液体cp变化,,不同的p,液体近似不可压,v不变,对每个不变的T,7-4 水和水蒸气状态参数及其图表,状态公理:简单可压缩系统,两个独立变量,未饱和水及过热蒸汽,一般已知p、T即可,饱和水和干饱和蒸汽,只需确定p或T,湿饱和蒸汽, p和T不独立,汽液两相,1875年,吉布斯提出了吉布斯相律,水和水蒸气状态参数确定的原则,1、未饱和水及过热蒸汽,确定任意两个独立参数,如:p、T,2、饱和水和干饱和蒸汽,确定p或T,3、湿饱和蒸汽,除p或T外,其它参数与两相比例有关,两相比例由干度x确定,定义,干饱和蒸汽,饱和水,对干度x的说明:,0 x 1,在过冷水和过热蒸汽区域,x无意义,湿饱和蒸汽区状态参数的确定,如果有1kg湿蒸气,干度为x, 即有xkg饱和蒸汽,(1-x)kg饱和水。,已知p或T(h,v,s,h,v,s)+干度x,h ,v ,s,水和水蒸气表,两类,2、未饱和水和过热蒸汽表,1、饱和水和干饱和蒸汽表,饱和水和饱和水蒸气表(按温度排列),饱和水和饱和水蒸气表(按压力排列),未饱和水和过热蒸汽表(节录),表的出处和零点的规定,原则上可任取零点,国际上统一规定。,但 原则上不为0, 对水:,表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编制,尽管IFC(国际公式化委员会)1967和1997年先后发表了分段拟合的水和水蒸气热力性质公式,但工程上还主要依靠图表。,焓、内能、熵零点的规定:,水的三相点,未饱和水和过热蒸汽表(注意下划线),如何在图上表示功和热,p-v图(示功图):面积代表功,能否用线段表示热和功,T-s图(示热图):面积代表热,焓熵图的画法(1),1、零点:h=0,s=0;,2、饱和汽线(上界线)、饱和液线(下界线),斜直线,向上翘的发散的形线,C点为分界点,不在极值点上,焓 熵 图,h,s,C,x=1,x=0,焓熵图的画法(2),气相区:离饱和态越远,越接近于理想气体,在x=0, x=1之间,从C点出发的等分线,焓 熵 图,h,s,C,x=1,x=0,7-5 水蒸气的热力过程,任务: 确定初终态参数, 计算过程中的功和热 在p-v、T-s、h-s图上表示,注意理想气体过程的区别,第一定律与第二定律表达式均成立,理想气体特有的性质和表达式不能用,可逆,水蒸气的定压过程,q = h wt = 0,3,4,2,1,例:锅炉中,水从30 ,4MPa, 定压加热到450 ,q = h2-h1,ts(4MPa)=250.33,锅炉、换热器,水蒸气的定压过程,例:水从30 ,4MPa, 定压加热到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,水蒸气的绝热过程,p1,2,p2,不可逆过程:,汽轮机、水泵,1,2,q = 0,水蒸气的绝热过程,汽轮机、水泵,q = 0,2,1,2,不可逆过程:,p1,p2,水蒸气的绝热过程,汽轮机、水泵,q = 0,不可逆过程,p1,p2,2,1,h1,h2,h2,

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