工程热力学 第七章 水蒸气.ppt

第七章水蒸气 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 t 374 16 有 3 有没有500 C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 T Ts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 hwt 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 3kJ kgh2 3330 7kJ 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 2 透平