AW工程热力学第五章.ppt

1,第5章 水蒸气,华中农业大学工学院,Charpter 5 Water Vapour,2,主要内容,5.1 基本知识 5.2 水蒸气的定压发生过程 5.3 水蒸气的状态参数 5.4 水蒸气表和焓熵图 5.5 水蒸气的热力过程 5.6 本章小结,3,基本要求,1、掌握有关蒸气的各种术语及其意义。例如：汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、饱和液体、饱和温度、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。 2、了解蒸气定压发生过程及其在和图上的一点、二线、三区和五态。 3、了解蒸气图表的结构，并掌握其应用。 4、掌握蒸气热力过程的热量和功量的计算。,4,5.1 基本知识,沸腾：在液体表面和内部同时进行的剧烈汽化现象。,沸点：液体沸腾时的温度，ts。,蒸发：在液体表面上的汽化过程。,5.1.1 汽化和液化(vaporization and liquefaction),汽化(vaporization）：物质由液态变成气态的物理过程（无化学变化）。,液化（liquefaction）：由蒸汽变成液体的过程。,5,5.1.2 饱和状态(saturated state),当汽化速度 = 液化速度时，系统处于动态平衡；宏观上气、液两相保持一定的相对数量饱和状态。,饱和状态时蒸气和液体的温度为饱 和温度，ts(Ts) ；压力为饱和压力，ps。,对闭口系统加热，使温度升高为 t，并保持定值，系统建立新的动态平衡。与之对应，p变成ps。 故ts、ps一一对应，只有一个独立变量，即ts = f( ps )。,6,水的饱和温度和饱和压力之间关系,7,饱和蒸气(saturated vapor)：处于饱和状态的蒸气，t = ts。 饱和液(saturated liquid)：处于饱和状态的液体，t = ts。 湿饱和蒸气、湿蒸气(wet-saturated vapor; wet vapor )：饱和蒸气和饱和液体的混合物，t = ts。 干饱和蒸气、干蒸气(dry-saturated vapor; dry vapor )：不含有饱和液体的饱和蒸气，t = ts。 过热蒸气(superheated vapor)：温度高于压力所对应的饱和温度的蒸气，t ts。,5.1.3 几个名词,8,使未饱和液达到饱和状态的途径：,过热度(degree of superheat)：过热蒸气的温度和其压力所对应的饱和温度之差，d = t - ts。 未饱和液体(unsaturated liquid)：温度低于所处压力下饱和温度的液体，t ts。,9,5.1.4 干度,干度：湿蒸气中饱和蒸气所占的质量百分比，x。,描述湿蒸气确切状态的参数，表示湿蒸气的成分。,mf ：湿蒸汽中所含的饱和水的质量； mg ：湿蒸汽中所含的饱和蒸汽的质量。,x = 0，饱和水； 0 x 1，湿蒸气； x = 1，干饱和蒸汽。,10,5.2 水蒸气的定压发生过程,5.2.1 水蒸气的定压发生过程,水预热,汽化,过热,t ts,t = ts,t = ts,t = ts,t ts,11,水的定压预热阶段,未饱和水（过冷水）,饱和水,12,5.2 水蒸气的定压发生过程,5.2.1 水蒸气的定压发生过程,水预热,汽化,过热,t ts,t = ts,t = ts,t = ts,t ts,13,饱和水的定压汽化阶段,饱和水,干饱和蒸汽,湿饱和蒸汽,14,5.2 水蒸气的定压发生过程,5.2.1 水蒸气的定压发生过程,水预热,汽化,过热,t ts,t = ts,t = ts,t = ts,t ts,15,干饱和蒸汽的定压过热阶段,干饱和蒸汽,过热蒸汽,16,5.2.2 水定压加热汽化过程的 p v 图及 T - s 图,水定压加热汽化过程p-v图及T-s图,17,水蒸汽定压加热汽化三相示意图,18,一点：临界点,两线：上界限线(干饱和蒸汽线)、下界限线(饱和水线)；,三区：液相区、汽液两相共存区、汽相区；,五态：未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、 过热蒸汽。,规律： 一点、两线、三区、五态,19,5.2.3 确定五态时所需独立状态参数归纳,未饱和水,过热蒸汽,饱和水,干饱和蒸汽,湿饱和蒸汽,需 p 和 t 两个参数,需 p 和 x 或 ts 和 x 两个参数,只需 p 或 ts 任一个参数,x = 0，饱和水； 0 x 1，湿蒸气； x = 1，干饱和蒸汽。,20,5.3 水蒸气的状态参数,水和水蒸气的状态参数可按不同区域，由给出的独立状态参数通过实际气体状态方程及其他一般关系式计算（通常由计算机计算）或查图表确定。,在动力工程中水蒸气不宜利用理想气体性质计算。,21,零点规定：三相点时液态水的热力学能及熵为零。,三相点处液态水的焓可近似为零,5.3.1 零点规定,22,5.3.2 未饱和水的状态参数确定,根据压力和温度从未饱和 水和过热蒸汽表中查得比体积、焓、熵，或由专用程序计算。,当压力不太高时，可近似,23,5.3.3 饱和水和干饱和水蒸气的状态参数确定,根据压力（或温度）从饱和水和饱和水蒸气表中直接查得饱和温度、比体积、焓、密度、熵、以及汽化潜热等，或由专用程序计算。,5.3.4 过热蒸汽的状态参数确定,根据压力和温度从未饱和水和过热蒸汽表中查得比体积、焓、熵，或由专用程序计算。 由于cp变化复杂，过热蒸汽不可用类似未饱和水的近似公式进行计算。,24,5.3.5 湿饱和蒸汽的状态参数确定,由 ts （或 ps ）与 x 共同确定：,未饱和水 湿饱和蒸汽 过热蒸汽,25,5.4 水蒸气表和焓熵图,5.4.1 水蒸气表,26,27,5.4.2 水蒸气的焓-熵( h s )图,图中C为临界点，CA为x=0的下界线（即饱和水线），CB为x=1的上界线（即干饱和蒸汽线）。ACB线的下面为湿蒸汽区，曲线CB的右上方为过热蒸汽区。,28,1、定压线群,29,2、定温线群,湿蒸汽区：,湿蒸汽区定温线与等压线重合。,过热蒸汽区：,等温线较等压线平坦，低压时趋于水平。,30,3、定容线群,等容线比等压线陡。,31,150的液态水放在一密封容器内，试问水可能处于什么压力？,解：查饱和蒸汽表1 t1 = 150c 时，ps = 0.47571 MPa 因此水可能处于 p 0.47571 MPa， 若 p 0.47511 MPa 则容器内150c的水必定要变成过热汽。,例题5-1,32,已知：水蒸气的压力为p=0.5MPa，比体积v=0.35m3/kg。 问：这是不是过热蒸汽？如果不是，那么是饱和蒸汽还是湿蒸汽？用水蒸气表求出其他参数。,解：利用水蒸气表，p = 0.5 MPa 时,所以该水蒸气不是过热蒸汽而是饱和湿蒸汽。,例题5-2,33,冷凝器中，蒸汽压力为4kPa，x=0.95，试求vx，hx，sx的值；若此蒸汽凝结为水，试求其容积变化率。,解：查饱和蒸汽表2 p=0.004MPa,相对容积变化率,例题5-3,34,5.5 水蒸气的热力过程,5.5.1 基本公式,水蒸气热力过程中状态参数确定查图表或专用程序计算。 计算功、热量的依据：,35,（1）热力过程分析依据为热力学第一定律与热力学第二定律。,（2）理想气体特有的性质和表达式不能用于水蒸汽的热力过程分析。,对于可逆过程：,注意与理想气体过程的区别：,对于不可逆过程：,36,（1）根据已知初态的两个独立参数，在h-s图上(或水 蒸气表上)找到代表初态的点，并查出其他各参数值。 （2）根据过程条件(定容、定压、定温、定熵)和终态 的一个参数值，找到终态的点，并查出终态的其他参数值。 （3）计算工质与外界交换的能量，即q、w等。通常根 据过程特征及热力学第一定律表达式，得到各过程的结果。,水蒸气热力过程分析步骤：,37,5.5.2 水蒸气的定容热力过程,38,5.5.3 水蒸气的定压热力过程,39,5.5.4 水蒸气的定温热力过程,40,5.5.5 水蒸气的定熵热力过程,41,汽缸-活塞系统内有0.5kg，0.5MPa，260的水蒸气。 试确定缸内蒸汽经可逆等温膨胀到0.2MPa作的功与热量。,解：查过热蒸汽表，,p2= 0.20MPa，t2= 260 时,例题5-4,p1= 0.5MPa，t1= 260 时,