南昌大学工程热力学第四版第七章

1、1第七章第七章 水蒸气水蒸气-steam 71 饱和温度和饱和压力饱和温度和饱和压力 Saturated temperature and Saturated pressure 一一.汽化和液化汽化和液化(vaporization and liquefaction)汽化汽化：由液态到气态的过程蒸发蒸发：在液体表面进行 的汽化过程液化液化：由气相到液相的过程沸腾沸腾：在液体表面及内部进行 的强烈汽化过程。2二二.饱和状态饱和状态(Saturated state) 当汽化速度=液化速度时，系统 处于动态平衡动态平衡，宏观上气、液两相 保持一定的相对数量饱和状态饱和状态。饱和状态的温度饱和温度，饱和温

2、度，ts(Ts) 饱和状态的压力饱和压力，饱和压力，ps 加热，使温度升高如t，并保持定 值，系统建立新的动态平衡。与之 对应，p变成ps。所以sspT 一一对应，只有一个独立变量一一对应，只有一个独立变量，即sspft 4C100sssstppatmt如其中34几个名词： 饱和液饱和液处于饱和状态的液体： t=ts干饱和蒸汽干饱和蒸汽处于饱和状态的蒸汽：t=ts过冷液（过冷液（未饱和液未饱和液） 温度低于饱和温度的液体：tts, tts=d称称“过热度过热度”湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽饱和液和干饱和蒸汽的混合物：t=ts使未饱和液达饱和状态的途径：pt, tpptts不变，保持 pttpps不变，

3、保持5三三.干度干度-dryness液汽汽mmmx（湿度 y=1x）x01饱和液湿饱和蒸汽干饱和蒸汽定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用w或x表示。63611.659273.16(0.01)0.00010021/tptptptppPaTK tCmkg四四.吉布斯相律与水的三相点吉布斯相律与水的三相点1.吉布斯相律吉布斯相律对于多元（如对于多元（如C个组元）多相个组元）多相（如（如p个相）的热力系，其独个相）的热力系，其独立参数，即自由度立参数，即自由度 F=Cp+2例：水在液相（或固相、气相）时 C=1，p=1，故F=2，此时压力，温度均可独立变化。水在汽液共存时C=1，p=2，故F=1，此

4、时压力和温度中仅有一个可自由变化。三相点：C=1，p=3 故F=0 。 2.水的三相点水的三相点(triple pint)：?注意：水的三相点的成份可以变化，注意：水的三相点的成份可以变化，故比体积不是定值，但三相点各相故比体积不是定值，但三相点各相的比体积是定值。的比体积是定值。 分别加分别加和和表示饱和液相和饱和气相。表示饱和液相和饱和气相。772 水定压加热汽化过程水定压加热汽化过程一一.水定压加热汽化过程水定压加热汽化过程预热预热汽化汽化过热过热tts8vtp322.064MPa373.99 C0.003106m/kgcrcrcr二二.水定压加热汽化过程的水定压加热汽化过程的p-v图及

5、图及T-s图图一点： 临界点临界点两线饱和水线饱和水线 饱和蒸汽线饱和蒸汽线三区过冷水区过冷水区湿蒸汽区湿蒸汽区过热蒸汽区过热蒸汽区五态过冷水过冷水饱和水饱和水湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽干饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽过热蒸汽与三相点的区别？91、请注意液体热（ ）、气化潜热（ ）和过热热（ ）的含义及其在T-S图上的表示。很显然：当PS和TS增大时， 减小，到临界点时为零。2、P-V图上的等温线：在过冷区，几乎为一条垂线（为什么？）；在两相区，为水平线；在过热区，是向下倾斜的曲线（与理想气体类似）。3、T-S图上的等压线：在过冷区，几乎与下界限线重合（为什么？）；在两相区，为水平线；在过热区，是向上倾

6、斜的曲线（与理想气体类似）。4、关于饱和水线和饱和蒸汽线的走向：当PS和TS增大，水受热膨胀的影响大于压缩的影响，v和s都增大，故饱和水线向右上方倾斜。而对于水蒸气，受热膨胀的影响小于压缩的影响，v和s都减小，故饱和蒸气线向左上方倾斜。5、关于临界点：在临界点，饱和水和饱和蒸汽已无区别。当 ttcr时，不管压力多大，都不能使蒸汽液化。也即液态水所能达到的最液态水所能达到的最高温度为高温度为tcr=373.99 。同时，临界温度和临界压力为最高饱和温。同时，临界温度和临界压力为最高饱和温度和饱和压力。度和饱和压力。lqsupq对p-v图及图及T-s图的几点说明：图的几点说明：1073 水和水蒸气

7、状态参数水和水蒸气状态参数 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。一一.零点规定零点规定规定：三相点液态水热力学能及熵为零规定：三相点液态水热力学能及熵为零0611.6 0.001000210.612Jhupv可近似为零在动力工程中水蒸气不宜利用理想气体性质计算。273.16273.163273.16000.00100021m /kgusvKKK11 查图表或由专用程序计算。下面介绍p不高时的近似计算方法：1、特例：温度、特例：温度0.01，压力，压力p的过冷水。的过冷水。 与基准点（三相点的液相水）

8、比较，忽略水的压缩性，体积不变 。所以 w0。温度不变，体积不变 ，u=0，q=0 , s=0 , h=u+pv0 （p不高时）。二二.过冷水（过冷水（未饱和水）（未饱和水）（t，p）2、温度为、温度为t，压力为，压力为p的过冷水。的过冷水。假定0.01的水在压力p下加热至t，所加入的热量为：0.01(0.01)4.1868 (/)tlpppqc dtctc tt kJkgT10004.1868 (/)tlphqc tt kJkg0.01，p的过冷水的焓则：12同理：273.160ln4.1868ln/()273.16273.16TTppKdTTTscckJkg KT273.16K，p的过冷水

9、的熵三三. 饱和水饱和水(ps或或ts) 查图表或由专用程序计算。在压力不高时，同样可用上面公式近似计算焓和熵。四四. 干饱和蒸气干饱和蒸气(ps或或ts) 查图表或由专用程序计算。hhssTs )(hhsTss 13五五.湿饱和蒸汽（湿饱和蒸汽（ ts或或ps、x）由由ts（或（或ps）与）与x共同确定共同确定：较大时xxvvvxvvxxvvx 1 10 x未饱和水 vv1 hxxhhxxsxxvphu湿蒸汽 vvv过热蒸汽 vv xh 1 sxxssx ssxssTxs 14六六.过热蒸汽（过热蒸汽（p，t）注意：1、过热蒸汽不可用类似未饱和水的近似式，因cp变化复杂。2、一定压力下的过热

10、蒸汽，其t、v、h、s、u均大于同压力下饱和蒸汽的相应参数，据此可判断是否为过热蒸汽。查图表或由专用程序计算。其理论计算式为：sup273.16SSSTpTTTPKTshhqhc dTdTdTsccTTT1574 水蒸气表和图水蒸气表和图一一.水蒸气表水蒸气表 1.饱和水和干饱和蒸汽表饱和水和干饱和蒸汽表162.未饱和水和过热蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表17请同学们思考几个问题：1、为什么表中没有u？2、湿蒸汽参数怎么查？3、表7-1第二行的温度为0.01，压力为0.0006117 MPa，该点是什么点？它的特点是什么？4、表7-1最后一行温度为373.99，压力为22.064MPa，该点又是什

11、么点，它的特点是什么？5、表7-2中数据区中的黑线表示什么意思？18二二.水蒸气的温水蒸气的温熵（熵（T-s）图）图 一般来说， T-s图上有等p线，等v线，等x线，等u线等。在进行循环分析时，常使用T-s图。19三三.水蒸气的焓水蒸气的焓熵（熵（h-s）图）图1）定压线群）定压线群Tshp湿蒸汽区，T=Ts不变，直线。过热蒸汽区，斜率随T增大而增大。vdpdhTdstwdhq0Tshp两者交界处平滑过渡。202）定温线群）定温线群湿蒸汽区：直线，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。213）等容线群）等容线群4）等干度线）等干度线等容线比等压线陡等容线比等压线陡22

12、150c的液态水放在一密封容器内，试问水可能处于什么压力？解：查饱和水和干饱和蒸汽表，t1=150c时ps=0.47571MPa，因此水可能处于p0.47571MPa，若p0.47511MPa则容器内150c的水必定要变成过热蒸汽。23 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=0.5MPa时kgmvkgmv3337486. 0 0010925. 0 vvv所以该水蒸气不是过热蒸汽而是湿蒸汽ctKkgkJsKkgkJskgkJhkgkJhs867.1518214. 6 8

13、610. 159.2748 35.64024kgkJpvhuKkgkJssxsskgkJhhxhhvvvvx4 .24331035. 0105 . 04 .26084915. 68610. 18214. 69335. 08610. 1 4 .260835.64059.27489335. 035.640 9335. 00010925. 037486. 00010925. 035. 0 3625 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。 解：查饱和水和干饱和蒸汽表 p=0.004MPakgkJxhhxhKkgkJxssxskgmxvv

14、xvKkgkJsKkgkJskgkJhkgkJhkgmvkgmvxxx5 .2432 10721. 8 1063.33 14725. 8 4221. 045.2553 30.121796.34 0010041. 0333相对容积变化率32931001004. 0063.33vvx2675 水蒸气的基本过程水蒸气的基本过程一一.基本公式基本公式过程中状态参数确定图表或专用程序计算。 功、热量的计算式：2121222111dddtvptquwqhwquuqhhwp vwv pqT s 问题：以上各式的适用范围？27二二.定压过程定压过程初末hhqp01hhql03hhqp12hh 23suphhq

15、28三三.定熵过程（可逆绝热）定熵过程（可逆绝热） 2221112121vphvphuuwhhwt注意：水蒸气的绝热过程有时表示为：常数pv其中vpcc为经验数字过热蒸汽 =1.3饱和蒸汽 =1.135湿蒸汽 =1.035+0.1x或1221lnlnvvpp水蒸气122111vTvT?但此法计算误差大，不宜用它计算状态参数，仅作估算。29四四.定体积过程定体积过程pvhuqVvvc时，定容加热x上升 定容加热时定容加热时x如何变化如何变化？思考：思考：30五五.定温过程定温过程2121()0qTdsT ssuuuwqu ?31 汽缸-活塞系统内有0.5kg，0.5MPa，260c的水蒸气试确定

16、缸内蒸汽经可逆等温膨胀到0.20MPa作的功与热量。解：查过热蒸汽表 p1= 0.5MPa，t1= 260c时KkgkJskgkJhkgmv3091. 78 .298048404. 01131p2= 0.20MPa，t2= 260c时KkJkgskgkJhkgmv7457. 75 .299022233. 1223232 QWkJpvhqmuqmUQWkJsmTQmmvVmmvV73.11235.1163091. 77457. 72732605 . 061116. 022233. 15 . 024202. 048404. 05 . 0322311?33 用温度为500K的恒温热源加热1atm的饱和水，使之定压汽化为100c的饱和干蒸汽，求： 1）该过程中工质的熵变如何计算？ 2）过程