2.1AW工程热力学第五章ppt课件

1、工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气Engineering Thermodynamics第第5 5章章 水蒸气水蒸气华中农业大学工学院华中农业大学工学院Charpter 5 Water Vapour Charpter 5 Water Vapour 工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气主要内容主要内容5.1 5.1 基本知识基本知识5.2 5.2 水蒸气的定压

2、发生过程水蒸气的定压发生过程5.3 5.3 水蒸气的状态参数水蒸气的状态参数5.4 5.4 水蒸气表和焓熵图水蒸气表和焓熵图5.5 5.5 水蒸气的热力过程水蒸气的热力过程5.6 5.6 本章小结本章小结工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气基本要求基本要求 1 1、掌握有关蒸气的各种术语及其意义。例如：汽、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

3、。度、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。 2 2、了解蒸气定压发生过程及其在和图上的一点、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。二线、三区和五态。 3 3、了解蒸气图表的结构，并掌握其应用。、了解蒸气图表的结构，并掌握其应用。 4 4、掌握蒸气热力过程的热量和功量的计算。、掌握蒸气热力过程的热量和功量的计算。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气5.1 基本知识基本知识沸腾：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

4、体表面上的汽化过程。 5.1.1 汽化和液化(vaporization and liquefaction) 汽化汽化(vaporization）：物质由液态变成气态的物）：物质由液态变成气态的物理过程无化学变化）。理过程无化学变化）。液化液化liquefactionliquefaction）：由蒸汽变成液体的过程。）：由蒸汽变成液体的过程。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气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；

5、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 )。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气水的饱和温度和饱和压力之间关系工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第

6、第5 5章章 水蒸气水蒸气 饱和蒸气饱和蒸气(saturated vapor)(saturated vapor)：处于饱和状态的蒸气，：处于饱和状态的蒸气，t t = ts= ts。 饱和液饱和液(saturated(saturated liquid)liquid)：处于饱和状态的液体，：处于饱和状态的液体，t = t = tsts。 湿饱和蒸气、湿蒸气湿饱和蒸气、湿蒸气(wet-saturated(wet-saturated vapor;vapor; wetwet vaporvapor ) )：饱和蒸气和饱和液体的混合物，饱和蒸气和饱和液体的混合物，t = tst = ts。 干饱和蒸气、干

7、蒸气干饱和蒸气、干蒸气(dry-saturated(dry-saturated vapor;vapor; drydry vaporvapor ) )：不含有饱和液体的饱和蒸气，不含有饱和液体的饱和蒸气，t = tst = ts。 过热蒸气过热蒸气(superheated(superheated vapor)vapor)：温度高于压力所对应的：温度高于压力所对应的饱和温度的蒸气，饱和温度的蒸气，t tst ts。5.1.3 几个名词工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气使未饱和液

8、达到饱和状态的途径： 过热度过热度(degree of superheat)：过热蒸气的温度和：过热蒸气的温度和其压力所对应的饱和温度之差，其压力所对应的饱和温度之差，d = t - ts。 未饱和液体未饱和液体(unsaturated liquid)：温度低于所处压：温度低于所处压力下饱和温度的液体，力下饱和温度的液体，t ts。( )()( )ssttppconstttppp ttconstp，工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气5.1.4 干度干度：湿蒸气中饱和蒸气所占

9、的质量百分比，干度：湿蒸气中饱和蒸气所占的质量百分比，x。)1(xymmmxgfg湿度：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；：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。：湿蒸汽中所含的饱和蒸汽的质量。x = 0，饱和水；，饱和水； 0 x 1，湿蒸气；，湿蒸气； x = 1，干饱和蒸汽。，干饱和蒸汽。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气5.2 水蒸气的定压发生过程水蒸气的定压发生过程5.2.1 水蒸气的定压发

10、生过程 水预热水预热汽化汽化过热过热t ts 工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气水的定压预热阶段 未饱和水过冷水）饱和水hhssvvttconstpshhssvvttconstps这个阶段所需的热量称为液体热。液体热：在定压预热过程中所需的热量，液体热：在定压预热过程中所需的热量，ql。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气5.2 水蒸气的定压发生过程水蒸气

11、的定压发生过程5.2.1 水蒸气的定压发生过程 水预热水预热汽化汽化过热过热t ts 工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气饱和水的定压汽化阶段 饱和水干饱和蒸汽hhssvvttconstpshhssvvttconstps 湿饱和蒸汽hhhsssvvvttconstps 这个阶段所需的热量称为汽化潜热。汽化潜热：汽化阶段吸进的热量，汽化潜热：汽化阶段吸进的热量，r。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat T

12、ransfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气5.2 水蒸气的定压发生过程水蒸气的定压发生过程5.2.1 水蒸气的定压发生过程 水预热水预热汽化汽化过热过热t ts 工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气干饱和蒸汽的定压过热阶段 干饱和蒸汽过热蒸汽hhssvvttconstps hhssvvttconstps 这个阶段所需的热量称为过热量。过热量：在过热过程中所需加热量，过热量：在过热过程中所需加热量，qsup。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Therm

13、odynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气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图工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气水蒸汽定压加热汽化三相示意图工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气一点：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

14、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。kkgkJskgkJhkgmvCtMPapcccoc/4092. 4/9 .2085/003106. 099.373064.223c规律： 一点、两线、三区、五态工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气5.2.3 确定五态时所需独立状态参数归纳未饱和水未饱和水过热蒸汽过热蒸汽饱和水饱和水干饱和蒸汽干饱和蒸汽湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽需需 p p 和和 t t 两个参数两个参数需需 p p 和和 x

15、x 或或 ts ts 和和 x x 两个参数两个参数只需只需 p p 或或 ts ts 任一个参数任一个参数x = 0，饱和水；，饱和水； 0 x 1，湿蒸气；，湿蒸气； x = 1，干饱和蒸汽。，干饱和蒸汽。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气5.3 水蒸气的状态参数水蒸气的状态参数 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。工程热力学和传热学工程热

16、力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气零点规定：三相点时液态水的热力学能及熵为零。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kgJkgJvpuhKkgkJskgkJukgmvKTPap/6112. 0/001. 02 .6110)/(0/0/001. 016.2732 .6110000003000工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气5

17、.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16.273lnTcstchptpt工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气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

18、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。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气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：sxxxTxsssxssxsxsxhhxhxhvxvvxvvxvxv )()1 ()1 ()()1 ( vvvvvvvx10未饱和水湿饱和蒸汽过热蒸汽工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸

19、气5.4 水蒸气表和焓熵图水蒸气表和焓熵图5.4.1 水蒸气表工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气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。工程热力学和传热学工程热力学和传热学E

20、ngineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气1、定压线群湿蒸汽区，T=Ts，直线过热蒸汽区，斜率随T 增大而增大工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气2、定温线群湿蒸汽区：d0sThpTs湿蒸汽区定温线与等压线重合。过热蒸汽区：TTshVT1pTTvpsVv等温线较等压线平坦，低压时趋于水平。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat T

21、ransfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气3、定容线群vvspvTshsvvTsppvvshshspvTvT00即，等熵条件下，等容线比等压线陡。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气 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， 假设 p 0.47511 MPa 则容器内150c的水必定要变成过热汽。例题例题5-1工程热力学和传热学工程热力学和

22、传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气 知：水蒸气的压力为知：水蒸气的压力为p=0.5MPap=0.5MPa，比体积，比体积v=0.35m3/kgv=0.35m3/kg。 问：这是不是过热蒸汽？如果不是，那么是饱和蒸汽还问：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。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 vvv因为所以该水蒸气不是过热蒸汽而是饱和湿蒸汽。ctKkgkJsKkgkJskgkJhkgkJhs867.151)/(8214.

23、 6 )/(8610. 1/59.2748 /35.640例题例题5-2kgmvkgmv/37486. 0/0010925. 033 工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气 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=0.004MPakgkJxhhxhKkgkJxssxskgmxvvxvKkgkJsKkgkJskgkJhkgkJhkgmvkgmvxxx/5 .2432 1)/(0721. 8

24、 1/063.33 1)/(4725. 8 )/(4221. 0/45.2553 /30.121/796.34 /0010041. 0333相对容积变化率32931001004. 0063.33vvx例题例题5-3工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气5.5 水蒸气的热力过程水蒸气的热力过程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：2121222111dddtvptquwqhwquuqhhwp vwv pqT s 工程热力学和

25、传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气 （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：TdsqvdpwpdvwtgvgpgpgvpgRcRcppRTTcsTfhTfuRccTRpv111lnln)()(1212注意与理想气体过程的区别：0isotdswdhqwduq对于不可逆过程：工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer

26、第第5 5章章 水蒸气水蒸气 （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：工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气5.5.2 水蒸气的定容热力过程)(0)()(21121212ppvvdpwpdvwvp

27、phhuuuqvtvv，工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气5.5.3 水蒸气的定压热力过程0)(1212ptppwvvpwhhq，工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics & Heat Transfer第第5 5章章 水蒸气水蒸气5.5.4 水蒸气的定温热力过程)()()()()()()()(121212112212121212hhssThhqwvpvphhssTuuqwssTqTTtTTT，工程热力学和传热学工程热力