实际气体水蒸气的形成.ppt

2019/7/15,1,热工学,储建工程系 李凤名 TEL中国石油大学胜利学院,2019/7/15,2,第五章 水蒸气的性质 及蒸汽动力循环,第一节 实际气体 第二节 水蒸汽的形成 第三节 水和水蒸汽的图表 第四节 水蒸汽的基本热力过程 第五节 蒸汽动力基本循环 第六节 实用蒸汽动力循环,上篇 工程热力学,热工学,2019/7/15,3,前言,第五章 水蒸气的性质及蒸汽动力循环,思考几个问题 1.为什么要学习水蒸气？ 2.水蒸汽的主要优点？ 3.为什么单独研究水蒸气？ 4.如何进行水蒸气热力计算？ 5.本章主要内容？,2019/7/15,4,前言,1.为什么要学习水蒸气？ （1）是最早应用的工质； （2）水蒸气现在仍广泛应用于动力应用和热应用中； （3）应用前景仍然看好。 2.水蒸汽的主要优点： （1）易于获得； （2）污染小，且易于治理； （3）有适宜的热力学参数。 3.为什么单独研究水蒸气？ （1）与理想气体相差甚远； （2）与实际气体不同，临界点温度高，环境下为液态； （3）热力过程中往往有物质集态的变化。,4.如何进行水蒸气热力计算？ （1）参数的获得以查图、查表为准确、简捷； （2）不受工质性质限制的公式仍可采用。 如：q=du+w dsq/T 等 5.本章主要内容 （1）一些新概念和新术语； （2）水蒸气产生的一般原理； （3）水蒸气参数间的关系； （4）H2O图、表结构及应用； （5）H2O热力过程分析计算。,2019/7/15,5,一、实际气体概念 （和理想气体相对） 1.为何要研究实际气体？ （1）常温常压某些气体可视为理想气体； 工程实际中的许多设备所应用工质（如汽轮机中水蒸气），在常温常压下不能作为理想气体处理。 （2）理想气体只是为研究实际气体而提出的一个概念。 2.具体研究内容 （1）首先研究实际气体的状态方程式：v=1(p,T) （2）寻求气体的热力学函数关系式： u=2(p,T) ，h=3(p,T) （3）寻找气体比热关系：cp=4(p,T)， cv=5(p,T) （4）建立和验证实际气体状态方程式。,第一节 实际气体,2019/7/15,6,3.研究方法 （1）理论分析法 从物质内部微观结构出发，研究气体分子的运动以及分子间的相互作用，分析微观粒子的运动对气体宏观性质的影响，从而对气体定律做相应的修正。 优点：此法物理意义清楚，能概括地反映实际气体的全面特征，有一定的普遍意义。 不足：计算精度往往不高。 （2）实验研究法 以热力学微分方程式为工具，借助于实验装置，利用测定的一 系列状态参数值，来整理出实际气体的状态方程式和内能、焓、熵的关系式。 优点：方便准确，可利用易测量求取不可直接测定的参数。 不足：必须借助于热力学微分方程式。,第一节 实际气体,2019/7/15,7,第一节 实际气体,二、理想气体状态方程用于实际气体的偏差 1.理想气体与实际气体的差异 （1）实际气体分子间有作用力，分子有体积，非弹性的； 理想气体分子间无作用力，分子是一些弹性质点。 （2）理论上，当压力p0、比容v 时，实际气体成为理想气体； （3）工程上，O2、N2、H2、空气、燃气等气体在较低压力、较高温度时，作为理想气体处理，偏差很小。 （4）压缩因子（z-p 图）,2019/7/15,8,第一节 实际气体,综上所述： （1）理想气体状态方程应用于实际气体时会产生偏差,2019/7/15,9,（2）能不能把实际气体当作理想气体处理要考虑两点 第一点：气体的种类 第二点：气体所处的状态 （3）必须建立实际气体状态方程以进行精确计算。 三、实际气体状态方程（范德瓦尔方程） 1.范方程的导出 范德瓦尔从理想气体和实际气体间的差别出发，对理想气体方程进行了修正： （1）分子体积的存在，减少了分子运动的空间，则实际气体分子比理想气体分子更频繁撞击容器壁，使容器壁所受的压力增大：,第一节 实际气体,2019/7/15,10,（2）分子间有相互作用力 在气体内部，每一个分子受到四周分子的吸引，相互作用抵消而处于力的平衡 器壁附近的分子，总是受到临近内部分子的吸引力，减小了分子撞击器壁的次数，使压力降低。引力的大小与外层和内部分子密度成正比。,第一节 实际气体,2019/7/15,11,修正为,上式即为范方程 A、半经验方程，a、b由实验确定 B、精确度不高 C、颇为切近的反映了物质的气态、液态在性质上的特征 D、为理论研究方法开拓了道路,第一节 实际气体,2019/7/15,12,。,。,。,v,v,p,p,F,F,T1,T c,T2,G,c,A,A,B,B,D,D,M,M,N,N,c,T = 常量,H,范德瓦尔方程的理论曲线和实验曲线,（理论曲线）,（实验曲线）,。,2019/7/15,13,四.实际气体状态方程举例（了解）,2019/7/15,14,2019/7/15,15,1、汽化 各种物质由液态转变为蒸汽（气态）的现象或过程就是汽化。 如水变汽。物质汽化过程中要吸收大量的能量。 两种汽化形式： （1）液体表面的蒸发；随时可以进行。 （2）液体内部产生气泡的沸腾；达到一定温度才可进行。,第二节 水蒸气的形成,一、液体的汽化,2、液化 各种物质由气态转变为液态的过程或现象就是液化。如蒸汽凝结为水。 液化时物质要向外释放能量热能。,2019/7/15,16,3、饱和状态（汽化和液化现象分析）,2019/7/15,17,（3）饱和状态,2019/7/15,18,tt s1,pp s1, ,饱和液体,干饱和蒸汽,饱和状态示意图,水蒸气的饱和压力(at)与饱和温度的对应关系经验公式：,2019/7/15,19,第二节 水蒸气的定压生成过程,2019/7/15,20,前 言 为什么要研究H2O的定压过程呢？ 1.H2O在锅炉内的加热过程不是定压过程； 但由于H2O在液态时的焓值受压力影响极小，则可把其加热过程视为定压过程； 这样，研究定压过程也就有了实际意义。 2.对于任何工质，都要想法获得其有关参数。 从参数的角度看，采用定压或其它过程来讨论参数，都可以达到目的。,3.从实验手段来看，定压过程是非常容易实现的。 要讨论H2O的定压加热、汽化过程，不足为怪。,实际上，流体流经许多设备的实际过程可按定压过程处理： 热水流经室内散热器的放热过程； 烟气流经换热设备放热过程等等。 压降小是一方面；关键在于参数变化受压力变化影响甚微。,第二节 水蒸气的定压生成过程,2019/7/15,21,第二节 水蒸气的定压生成过程,2019/7/15,22,一、水蒸气的定压生成过程,2019/7/15,23,水蒸气的定压生成过程,2019/7/15,24,水蒸气的定压生成过程,2019/7/15,25,水蒸气的定压生成过程,2019/7/15,26,水蒸气的定压生成过程,2019/7/15,27,水蒸气的定压生成过程,2019/7/15,28,水蒸气的定压生成过程,2019/7/15,29,水蒸气的定压生成过程,2019/7/15,30,水蒸气的定压生成过程,2019/7/15,31,水蒸气的定压生成过程,2019/7/15,32,水蒸气的定压生成过程,未饱和水状态 饱和水状态 湿饱和蒸汽状态 干饱和蒸汽状态 过热蒸汽状态,过热阶段,水蒸气的定压生成过程,饱和水的汽化阶段,水的预热阶段,说明：在此,可代表,2019/7/15,33,2019/7/15,34,2019/7/15,35,7-2 H2O的定压加热、汽化过程,2019/7/15,36,三、水蒸气定压生成过程中热量的计算,1.水的定压预热阶段,1,T,s,液体热,2.饱和水的定压汽化过程,汽化潜热,3.水蒸气的定压过热过程,2,过热热,1kg水从1状态被加热到2状态所吸收的热量,2019/7/15,37,C,20,10,C,10,20,p,v,T,s,水的临界参数,四、水蒸汽的p-v图和T-s图,，,2019/7/15,38,T,p,水蒸气的pv和Ts图,一点:临界点； 两线:饱和水线、干饱和蒸汽线； 三区:未饱和水区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区； 五态:未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽。,s,v,2019/7/15,39,结论（要求掌握） （）随压力升高，汽化过程缩短，所需的汽化潜热减少，而水的预热及蒸气过热过热所需热量增加，对于锅炉中受热面的安排有指导意义。 （）当工质温度高于临界温度时，物质只能以气态形式存在，无论加多大压力也不能使之液化。为使气体液化，必须使其温度降至该气体的临界温度以下。,四、水蒸汽的p-v图和T-s图,（3）水在定压汽化过程中，其温度不变 ， 内能 增加 。,2019/7/15,40,一些概念和术语,3、什么是液化？