工程热力学第7章 水蒸汽ppt课件

第七章水蒸汽 7 0概论 复习理想气体 理想气体状态方程 实际气体 水蒸汽或写成其中 a b称为范德瓦尔斯常数 气体分子元体积 分子间不计相互作用力 分子间相互作用力明显 气体分子本身有体积 特别是P大时 实际气体的范德瓦尔斯方程 修正作用力 修正容积 实际气体方程 维里方程B C D 为待定系数 一般也由实验测定实际气体方程 卡洛维奇方程卡洛维奇方程式 其中a b m由实验待定 实际气体方程 严家禄方程 写成而 临界压缩因子 7 1水蒸汽的产生过程 若干概念a 气化 水由液相转变为汽相的过程b 凝结 由汽相变为液相的过程 气化的逆过程c 沸腾 液相内部汽化过程 一般只有达到沸点时才发生d 临界温度 tc 当水的温度超过一定的温度时 液相不可能存在 而只能存在气相 此时的温度称为临界温度e 临界压力 pc 与临界温度tc相对应的饱和压力称为临界压力pc 水的临界点参数为 f 饱和状态 进入界面和离开界面的水蒸汽分子数相等时 水蒸汽的压力自动稳定在一定的数值上 水蒸汽与水组成的系统处于平衡状态 这时 气化与凝结处于动态平衡 该状态称为饱和状态 对于水 存在饱和水状态和饱和水蒸汽状态 处于饱和状态的压力称为饱和压力ps 处于饱和状态的温度称为饱和温度ts 一般地 写成其中 ts既可以是饱和蒸汽温度 亦可以是饱和液体温度g 三相点 当水的压力低于某一数值时 液相不可能存在 而仅可能是气相或固相pA 三相点压力 tA 三相点温度水的三相点压力和温度分别是 7 2水的定压加热汽化 水蒸汽的产生 过程 三个阶段 五种状态 液体加热阶段 处于液态 吸收的热量称为液体热 用ql表示 阶段 汽化阶段 发生相变 由液态水 汽态水 特点是定温定压 一定的压力对应于一定的饱和温度 吸收的热量为汽化前热 阶段 过热阶段 处于气态 吸收的热用于加热蒸汽 蒸汽的温度高于该压力下的饱和温度 过热阶段习惯上用过热度来表示蒸汽 过热度五种状态 状态1 未饱和水状态 特点是温度低于该压力下所对应的饱和水的温度状态2 饱和水状态 这时水的温度为该压力下的饱和温度状态3 湿蒸汽状态 汽化过程 处于汽液两相共存状态 引入干度和湿度概念 其中 mg 湿蒸汽中饱和蒸汽质量ml 湿蒸汽中饱和水质量显然X Y 1状态4 干饱和蒸汽 这时全部水均汽化为水蒸汽状态5 过热蒸汽 这时蒸汽的温度高于它的压力所对应的饱和温度 用过热度表示两者之关系 三相点 临界点 饱和点 水 水蒸汽的三个阶段五种状态 在T S图上表示为 水蒸汽的P V图和T S图 T S图上 X 1为饱和蒸汽线 上界线 a b液体加热 b c d汽化 d e过热 X 0为饱和液体线 下界线水蒸汽的定压发生过程概括为 一点 三相点两线 三区五态 上界线 下界线 汽 固 液 过热蒸汽 饱和蒸汽 湿蒸汽 饱和液 未饱和液 7 2 2水蒸汽定压发生过程的热量计算 水的定压预热 液体加热阶段定压过程热交换量 液体焓的增加则 饱和水的定压汽化过程 相变阶段特点 定温定压 汽液相共存 相变潜热为其中 h 饱和水焓 h0 温度为t0时的焓 s 干饱和水蒸汽熵 s 饱和水的熵 h 饱和水蒸汽焓 h 饱和水的焓 定压过热阶段 加入的热量用于增加水蒸汽的焓设加热终了水蒸汽的温度为t 则对于定压过程其中则 由0 的水定压加热至t过热蒸汽所需要加热量为 h 压力为p温度为t时水蒸汽的焓 h 压力为p温度为ts时水蒸汽的焓 t 过热度 7 3水蒸汽图表 7 3 1水和水蒸汽的状态参数计算三相点 当P PA时 液相不可能存在 只能存在气 固相 PA 三相点压力三相态 纯水在冰 水和汽三相平衡共存时的状态 水处于三相态时这里 规定三相态时饱和水的内能 1 温度为ts 压力为P的饱和水参数 该参数落 在水蒸汽图表X 0的下界线上 可查饱和水和水蒸汽图表获得 其中 饱和水的熵s 的计算为 2 压力为P的干饱和蒸汽参数 可查T s图上X 1上界线的参数和附表饱和水和水蒸汽图表求得 其参数的计算为 3 压力为P的湿饱和蒸汽 由于即饱和压力与饱和温度一一对应 不是独立的参数 故必须再知道一个表示湿蒸汽成分的参数才能使之确定 这个参数为X 干度 湿蒸汽参数依下式计算 4 压力为P的过热蒸汽 确定过热蒸汽的状态 除压力外 还应知道其过热度 t 则过热蒸汽焓内能熵一般情况下 过热蒸汽参数可以从附表中查到 7 3 1水蒸汽热力性质表A 零点的规定编制水蒸汽表图过程中 对u s的计算起点 即零点 有专门的国际规定 即以水的三相点的液相水为基准点 其参数为在此参数下液相水的内能和熵值为0 即而 B 水蒸汽表的分类B 1 未饱和水及过热蒸汽表 列出在各种压力及温度下的未饱和水及过热蒸汽的v h s值 水蒸汽的内能未列出 可按u h pv计算 B 2 以温度为序的饱和水及干饱和蒸汽表B 3 以压力为序的饱和水及干饱和蒸汽表其中 饱和液体参数在右上角标 饱和蒸汽参数在右上角标 C 汽 液两相区的参数计算在汽 液两相共存状态中 既含有液体也 含有蒸汽 是饱和液体和饱和蒸汽的混合物 称为湿蒸汽 若以分别表示干度为x的1 湿蒸汽参数 则由前面已知 计算举例试确定压力p 1MPa 温度分别为100 200 300 的水对应的状态分析 查以压力为序的饱和蒸汽表 得故100 时为未饱和水 200 和300 时为过热蒸汽 7 3 2水蒸气热力性质图由于蒸汽表示不连续的 在求表列值间隔中的数据时 必须使用内插法 给使用带来不便 绘制水蒸汽的各种热力性质图 水蒸汽图一般包括水蒸汽的P V图 水蒸汽的T S图 水蒸汽的h s图和 压 焓 等 重点介绍h s图 a 定压线群 一簇发散线群 由于故曲线走向 在湿蒸汽区p为常数 这时定压线为一簇直线 过热区内 由于p随T增大 故定压线为一簇上翘曲线 b 定温线群 由于湿蒸汽区中即压力与温度保持不变 则则就是说 湿蒸汽区中定温线与定压线斜率相等的直线 定压线与定温线重合 过热蒸汽区中 定温线较定压线平坦 定温线愈向右 即过热度愈大时 愈平坦 逐渐接近定焓线 说明随着过热度增加 水蒸气的性质接近于理想气体 d 定容线 由于定容过程即定容线是一簇斜率比定压线陡的曲线 c 定干度线 即的曲线 只有在湿蒸汽区中才有 7 3 3热力性质图表的应用A 查取状态参数 由任意两个已知独立参数 未知其他参数 B 分析和计算各种蒸汽的热力过程 动力工程上广泛应用 计算步骤为 1 由初态两个独立参数和终态的一个参数及过程条件 确定初 终态其他参数2 确定过程中工质与外界的能量交换 计算过程的功量和热量 这时 理想气体状态方程及其所推导的有关公式已不能用 但热力学第一 第二定律仍可用 应用水蒸气图 h s 进行计算举例 例 1 容积为85L的容器中 盛有液体水 质量气体水质量求容器中的压力 分析 已知 可先求干度X又已知容器容积 则湿蒸汽比容可得 由于则可求得该湿蒸汽的对应的干饱和蒸汽比容为查表得有内插法 例 2 2 水盛于V 0 2m3的抽空密闭容器中加热至200 求 容器中P h 蒸汽质量mg和其体积vg分析 200 时 查得 故200 时的蒸汽为湿蒸汽由又 7 5水蒸汽的基本热力过程 基本热力过程 定容 定温 定压 绝热一般热力过程 多变过程分析热力过程的目的 一般地 水蒸汽的基本热力过程的计算 不采用分析计算 而是采用h s图表来分析计算 在h s图上 水蒸汽的基本热力过程克表示为 计算工质状态变化 计算热 能 量交换 定压 定容 水蒸汽定压发生过程 dp 0 水蒸汽定容发生过程dv 0定温发生过