工程热力学 第六章 水蒸气

1、.,第六章 水和水蒸气的性质,.,水和水蒸气是实际气体的代表,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,是其它实际气体的代表,.,本章主要内容,1. 实际工质的物性,3. 水蒸气图表的结构和应用,2. 水蒸气的产生过程,., 6-1 水的物态变化,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,水的三态：,冰、水、蒸汽,.,临界点,水的临界点状态,饱和液线与饱和气线的交点,

2、气液两相共存的pmax,Tmax,等温线是鞍点,临界点,0.00317,.,思考题,没有。t374.16 ,有,1. 有没有500C的水？,2. 有没有-3 的蒸汽？,.,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=1.6ba

3、r,Ts=113.32 ,.,6-2 水的定压加热汽化过程,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),(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,.,6-3 水和水蒸气状态参数,状

4、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,.,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

5、,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,6-4 水蒸气表和图,.,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,.,查表举例（1）,查表时先要确定在五态中的哪一态。,例.1 已

6、知 ：p=1MPa,试确定t=100, 200 各处于哪个状态, 各自h是多少？,ts(p)=179.88（179.916 ),t=100 ts, 未饱和水,h=419.7kJ/kg,t=200 ts, 过热蒸汽,h=2827.5kJ/kg,.,查表举例（2）,已知 t=250, 5kg 蒸汽占有0.2m3容积, 试问蒸 汽所处状态? h=?,t=250 ,湿蒸汽状态,.,查表举例（2）,已知 t=250, 5kg 蒸气占有0.2m3容积, 试问蒸 气所处状态? h=?,t=250 ,湿蒸汽状态,.,查表举例（3）,在一刚性容器内充满p=0.1MPa，t=20的水。由于太阳照射，使其温度升为4

7、0,求容器承受的压力。,t=40,等容过程,储液罐很危险，不能装满。,.,查表举例（4）,已知 t=85, p=0.015MPa , 试确定状态? h=?,ts=54.0 ,过热状态,p=0.015MPa,内插法,.,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,.,蒸汽动力循环,定压过程,等熵过程,.,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,

8、.,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,.,6-5 水蒸汽的基本热力过程,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,.,水蒸汽的定压过程,q = h wt = 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,.,水蒸汽的定压过程,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

9、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,p2,不可逆过程：,汽轮机、水泵,1,2,q = 0,.,水蒸汽的绝热过程,汽轮机、水泵,q = 0,2,1,2,不可逆过程：,p1,p2,.,水蒸汽的绝热过程,汽轮机、水泵,q = 0,不可逆过程,p1,p2,2,1,h1,h2,h2,2,透平内效率,.,水蒸汽的绝热过程举例,p1,p2,2,1,h1,h2,h2,2,例：汽轮机,求：,解：由 t1、p1查表,.,水蒸汽的绝热过程举例,p1,p2,2,1,h1,h2,h2,2,求：,由 p2查表,.,水蒸汽的绝热过

10、程举例,p1,p2,2,1,h1,h2,h2,2,求：,.,水蒸汽的定温过程,实际设备中很少见,C,远离饱和线，接近于理想气体,.,水蒸汽的定温过程,1,2,T,s,h,s,1,2,2,理想气体,测量干度原理 绝热节流,可逆过程：,12,.,5、注意与理想气体比较，哪些公式可用、 哪些不能用,第七章 小 结,1、熟悉pT相图,2、熟悉1点2线3区5态,3、会查图表,4、基本热力过程在p-v、T-s、h-s图上的表 示，会计算 q、wt,.,第六章 完,.,习题6 1、试判断下列三种工质是属于哪一类蒸汽？（1）P13表压，t210； （2）P1ata，v0.8m3kg；（3）P30ata，i690kcalkg。 2、在饱和温度t250 时，5kg蒸汽占有容积0.2m3，试确定这种水处于什么状态？ 3、某车间从室外接入一根蒸汽管道，管内蒸汽压力P9表压，干度X0.9的湿蒸汽，经减压阀将其压力降到4表压后引入室内采暖系统。试利用iS图确定减压后的蒸汽状态。并用图表示之。（减压前后的焓值不变）。 4、汽轮机每小时排入凝汽器的乏汽为51000kg，干度x0.85，凝汽器内的绝对压力P20.035ata，若凝汽器冷却水入口温度为15 ，出口温度为23 ，试求每小时需要冷却的水量。 5、设某空气调节系统用P2ata，x0.92的湿蒸汽来