实际气体和水蒸气的性质.ppt

第8章 实际气体和 水蒸气的性质 第8章作业 P384: 1，3，7，9，10，13，15， 21，29，31。共10道题。 第 8 章作业由1、2、3 班交 地址：航空楼A座202室 联系人和改作业人员： 刘晓锋 手机张久云 手机：唐敏 手机：基本知识点 实际气体的基本性质： 气体、液体、固体 饱和液体、饱和气体、气液两相、临界参数 本章重点： 实际气体的状态方程 实际气体的计算方法 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。 8.1 范德瓦尔方程 以前所做的推导都是针对理想气体而 言的，实际情况下，如水蒸气、氨气等 都不满足理想气体假设。 本章我们要讨论的就是实际气体。 理想气体状态方程用于实际气体的偏差 但是对气体做实验的结果却不是一条值为但是对气体做实验的结果却不是一条值为1 1的的 水平线，尤其是在高压下，误差更大。水平线，尤其是在高压下，误差更大。 这种偏差通常用压缩因子这种偏差通常用压缩因子Z Z表示表示 Z Z值的值的大小不大小不 仅与气体种类仅与气体种类 有关，而且同有关，而且同 种气体的种气体的Z Z值还值还 随压力和温度随压力和温度 而变化。而变化。 理想气体状态方程用于实际气体的偏差 图81 实际气体的p-v图 范德瓦尔的分析 一、范德瓦尔方程 范德瓦尔考虑到两点： 1.气体分子有一定的体积，所以分子 可自由活动的空间为（Vm-b) 2.气体分子间的引力作用，气体对容 器壁面所施加的压力要比理想气体的小 ，用内压修正压力项。 范德瓦尔方程 范德瓦尔方程范德瓦尔方程 可得出三个不等的实根、三个可得出三个不等的实根、三个 相等的实根或一个实根两个虚根。相等的实根或一个实根两个虚根。 范德瓦尔方程 由临界状态： 得：Pcr=a/27b2 Tcr=8a/27Rb Vm,cr=3b 或 a =27(R Tcr)2/64 Pcr b = RTcr/8Pcr R=8PcrVm,cr/3Tcr 另外： Zcr=PcrVm,cr/RTcr=3/8=0.375 * 所有物质都相同 事实上不同物质的Z值不同，一般在0.230.29间， 8.3 热力学相似与对比态原理 一、对应态原理 对多种气体的实验数据分析显示，接近各 自的临界点时所有流体都显示出相似的性质， 这说明各种气体在对应状态下有相同的对比性 质。 f(pr ,Tr ,vr)=0 如范德瓦尔方程可改写为： 二、 对应态原理与通用压缩因子图 通用压缩因子图 二、 对应态原理与通用压缩因子图 图85 通用压缩因子线图 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 8-2 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 p v T 六个区：三个单相区、三个两相区 液-气 固-气 固-液 p v T 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 TT 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 TT 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 锅 炉 汽轮机 发电机 给水泵 凝 汽 器 过热器 因固相不流动， 更关心汽液两相 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=1.6barTs=113.32 纯物质的p-T相图 p p TT 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 8-4 水蒸气的定压发生过程 t ts 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 s s 水预热汽化过热 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 pts v (bar) vss kJ/(kg.K) 0.0061120.01 0.00100022 206.175 0.09.1562 1.099.63 0.00104341.6946 1.3027 7.3608 5.0151.85 0.00109280.374811.8604 6.8215 50.0263.92 0.00128580.03941 2.9209 5.9712 221.29374.15 0.003260.00326 4.4294.429 (bar)() bdb 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 8-5 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： x = 0 饱和水x = 1 干饱和蒸汽 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 水和水蒸气表分为两种表 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饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）按温度排列） 饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列） 饱 和 参 数 未饱和水和过热蒸汽表（节录）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 饱 和 参 数 未饱和水和过热蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表( (注意下划线）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 1、零点：零点：h h= =0 0，s s= =0 0 ；2 2、饱和汽线饱和汽线（上界线）、饱和液线（下界线界线 ） 3 3、等压线群：等压线群：p p 两相区两相区 p p T=ConstT=Const斜直线斜直线 单相区单相区 s s T T 向上翘的发散的形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 h s s C C p p x x=1=1 x x=0=0 p pC C 焓熵图的画法(2) 气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体 两相区：T、p一一对应，T 线即 p 线 在x=0, x=1之间，从C点出发的等分线 同理想气体一样， v 线比 p 线陡 4、定温线 T 5、等容线 v 6、等干度线 x 焓 熵 图 h h s s C C x x=1=1 x x=0=0 p p v v T T x x 8-6 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 热力过程： p s T v 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 p v 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 p v p2 不可逆过程 ： 汽轮机、水泵 1 2 可逆过程： s 1 2 1 2 q = 0 水蒸气的绝热过程 汽轮机、水泵 q = 0 2 1 2 T s 不可逆过程 ： 可逆过程： s p1 p2