第七章 水蒸气

1、水蒸气水蒸气在空气中含量极小，当作在空气中含量极小，当作理想气体理想气体一般情况下，为一般情况下，为实际气体实际气体，使用图表，使用图表18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质世纪，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、化工的工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质优点优点: 便宜，易得，无毒，便宜，易得，无毒， 膨胀性能好，传热性能好膨胀性能好，传热性能好是其它实际气体的代表是其它实际气体的代表1. 实际工质的物性实际工质的物性3. 水蒸气图表的结构和应用水蒸气图表的结构和应用2. 水蒸气的产生过程水蒸气的产生过程水蒸气水

2、蒸气蒸气蒸气蒸汽蒸汽物质有三种聚集状态：物质有三种聚集状态：固态固态、液态液态、气态气态热力学面：热力学面：以以p,v,T表示的物质各种状态表示的物质各种状态 的曲面的曲面水的三态：水的三态：冰冰、水水、蒸汽蒸汽两相区两相区单相区单相区气液固pvT六个区：三个单相区、三个两相区六个区：三个单相区、三个两相区液-气固-气固-液pvTpv四个线：三个饱和线、一个三相线四个线：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：一个点：临界点临界点tptp611.2Pa,273.16KpTcoc3c22.129MPa647.30K (374.15 C)m0.00326kgpTv水的水

3、的临界临界点状点状态态饱和液线与饱和气线的交点饱和液线与饱和气线的交点气液两相共存的气液两相共存的pmax,Tmax等温线是鞍点等温线是鞍点cc22TT0,0ppvv临临界界点点没有。没有。t374.16 有有1. 有没有有没有500C的水的水？2. 有没有有没有-3 的蒸汽的蒸汽？3. 一密闭容器内有水的汽液混合物，对其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？加热，是否一定能变成蒸汽？锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器因固相不流动，因固相不流动，更关心汽液两相更关心汽液两相冰蓄冷冰蓄冷沸腾：沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化表面和液体内

4、部同时发生的汽化( (气体和液体均处在饱和状态下气体和液体均处在饱和状态下) )饱和状态：饱和状态：汽化与凝结的动态平衡汽化与凝结的动态平衡汽化汽化: 由液态变成气态的物理过程由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化不涉及化学变化)蒸发：蒸发：汽液表面上的汽化汽液表面上的汽化 饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和温度饱和温度Ts饱和压力饱和压力ps一一对应一一对应放掉一些水，放掉一些水，Ts不变，不变， ps？Tspsps=1.01325barTs=100 青藏青藏ps=0.6barTs=85.95 高压锅高压锅ps=1.6barTs=113.32 t tsv v

5、v = vv = vv v v未饱和水未饱和水饱和水饱和水 饱和湿蒸汽饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽饱和干蒸汽 过热蒸汽过热蒸汽h hh = hh = hh h hs ss = ss = ss s s水预热水预热汽化汽化过热过热(1)()QUWUpdVUp VUpVH (2)fg0SSS (3) 理想气体理想气体( )hf T实际气体汽化时，实际气体汽化时，TTs不变，但不变，但h增加增加hh汽化潜热汽化潜热(4) 未饱和水未饱和水过冷度过冷度sttt过冷过冷水过冷水过热蒸汽过热蒸汽过热度过热度sttt过热只有熵加热时永远增加只有熵加热时永远增加cpcTcTABCACBcTTcTT cppcpp3a3

6、b3d3e3c3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e2c2a2b2d2e1c1a1b1d1e1c1a1b1d1eTsp-v图，图，T-s图上的水蒸气定压加热过程图上的水蒸气定压加热过程pvcp一点，二线，三区，五态一点，二线，三区，五态状态公理：状态公理：简单可压缩系统，两个独立变量简单可压缩系统，两个独立变量未饱和水及过热蒸汽，一般已知未饱和水及过热蒸汽，一般已知p、T即可即可饱和水和干饱和蒸汽，只需确定饱和水和干饱和蒸汽，只需确定p或或T湿饱和蒸汽，湿饱和蒸汽， p和和T不独立，汽液两相不独立，汽液两相1、未饱和水及过热蒸汽、未饱和水及过热蒸汽确定任意两个独立参数，如：确定任意两个独立参

7、数，如：p、T2、饱和水和干饱和蒸汽、饱和水和干饱和蒸汽确定确定p或或T3、湿饱和蒸汽、湿饱和蒸汽除除p或或T外，其它参数与两相比例有关外，其它参数与两相比例有关定义定义干饱和蒸汽干饱和蒸汽fmxmmvv干饱和蒸汽质量湿饱和蒸汽质量饱和水饱和水对对干度干度x的说明：的说明：x = 0 饱和水饱和水x = 1 干饱和蒸汽干饱和蒸汽0 x 1在在过冷水过冷水和和过热蒸汽过热蒸汽区域，区域，x无意义无意义 如果有如果有1kg湿蒸气，干度为湿蒸气，干度为x, 即有即有xkg饱和蒸汽，饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。饱和水。)1 (yxxyy)1 ()1 ()1 (sxxssvxxvvhxxhhyyxy

8、y已知已知p或或T(h,v,s,h,v,s)+干度干度xh ,v ,s两类两类2、未饱和水和过热蒸汽表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干饱和蒸汽表7-4 7-4 水蒸气表和图水蒸气表和图o/ CtKT /p MPakgmv/ 3kgmv/3kgkJh/kgkJh/)(/ KkgkJs)(/KkgkJs01. 010020030016.273000611. 000100022. 0175.2060 .2501000614. 00000. 01562. 915.373101325. 00010437. 06738. 13 .267606.4193069. 13564. 715.

9、4735551. 10011565. 04 .82512714. 04 .27913307. 24289. 615.5735917. 80014041. 002162. 04 .13454 .27482559. 37038. 5kgmv/ 3kgmv/3kgkJh/kgkJh/)(/ KkgkJs)(/KkgkJso/ Ct949. 663.9988.17996.3105 .24840010001. 0208.1298 .251333.291060. 02 .22580010434. 06946. 17 .267551.4173027. 14 .20140011274. 06 .7621943

10、0. 00 .27778 .1315/p MPa001. 01 . 00 . 1100014526. 001800. 06 .14084 .27249756. 83608. 71382. 25847. 63616. 36143. 5kgkJr/饱和参数p0.01MPa0.02MPa83.45st1505. 86493. 04 .258484.191676.140010102. 0 s sh hv v09.60st9092. 78321. 06 .260946.2516515. 70010172. 0 s sh hv vtvhsvhs04080600010002. 00.00001. 00010

11、002. 00 . 00001. 05 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 08310. 01 .2510010171. 01752. 83 .261134.1527.163 .26493437. 8119. 88 .26470205. 84 .2724052. 95479. 84 .272512.182261. 8120原则上可任取零点，国际上统一规定。原则上可任取零点，国际上统一规定。但但 原则上不为原则上不为0， 对水：对水： pvuh3m611.2 0.00100022pPavkg00006. 06 . 0kgkJkgJpvuh 表依据

12、表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表的年第六届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编制，尽管国际骨架表编制，尽管IFC（国际公式化委员会）（国际公式化委员会）1967和和1997年先后发表了分段拟合的水和水蒸气热力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。性质公式，但工程上还主要依靠图表。焓、内能、熵零点的规定：焓、内能、熵零点的规定：0 s0u T16.273水的三相点水的三相点查表时先要确定在五态中的哪一态。查表时先要确定在五态中的哪一态。例例.1 已知已知 ：p=1MPa,试确定试确定t=100, 200 各处于哪个状态各处于哪个状态, 各自各自h是多少

13、？是多少？ts(p)=179.88（179.916 )t=100 ts, 过热蒸汽过热蒸汽h=2827.5kJ/kg已知已知 t=250, 5kg 蒸汽占有蒸汽占有0.2m3容积容积, 试问蒸试问蒸汽所处状态汽所处状态? h=?30.2m0.04kg5v kgmv3001253. 0t=250 , kgmv305002. 00.040.00125130.7950.050020.0012513vvxvvvvv湿蒸汽状态湿蒸汽状态已知已知 t=250, 5kg 蒸气占有蒸气占有0.2m3容积容积, 试问蒸试问蒸气所处状态气所处状态? h=?t=250 , 0.795x 湿蒸汽状态湿蒸汽状态kJkJ

14、1085.8 2799.5kgkghhkJ (1) 2448.2 kghxhx h 在一刚性容器内充满在一刚性容器内充满p=0.1MPa，t=20的的水。由于水。由于太阳照射太阳照射，使其温度升为，使其温度升为40,求容器求容器承受的压力。承受的压力。p=0.1MPat=203m 0.0010018 kgv t=40 14.0MPap 等容过程等容过程储液罐很危险，储液罐很危险，不能装满。不能装满。 已知已知 t=85, p=0.015MPa , 试确定状态试确定状态? h=?ts=54.0 , 过热状态过热状态80908085809080hhhhp=0.015MPa内插法内插法p=0.01M

15、Pat=850.01kJ 2658.8 kgh80908085809080hhhhp=0.02MPat=850.02kJ 2657.4 kgh0.010.020.010.0150.010.020.01hhhhp=0.015MPat=85kJ 2658.1 kgh 饱和参数paMP01. 0aMP02. 07988.45st1481. 8s 6490. 072.25883h 76.191673.14 v0010103. 0shv09.60st9092. 78321. 06 .260946.2516515. 70010172. 0 s sh hv vtvhsvhs04080600010002. 0

16、0.00002. 00010002. 00 . 00001. 05 .1670010079. 04 .1675723. 00010078. 05721. 08310. 01 .2510010171. 02313. 88 .2610336.15268.169 .26483422. 8119. 88 .26470205. 84 .2724052. 95466. 81 .2725124.182261. 8120p-v图图（示功图示功图）：面积代表功）：面积代表功能否用线段表示热和功能否用线段表示热和功T-s图图（示热图示热图）：面积代表热）：面积代表热锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝

17、汽汽器器过热器过热器定压过程定压过程等熵过程等熵过程tqhwh twh 0s （上界线上界线）、饱和液线（）、饱和液线（下下qTdsdhvdpp0hTsCCp0hTsC点为分界点，不在极值点上点为分界点，不在极值点上气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体两相区：两相区：T、p一一对应，一一对应，T 线即线即 p 线线在在x=0, x=1之间，从之间，从C点出发的等分线点出发的等分线同理想气体一样，同理想气体一样， v 线比线比 p 线陡线陡4、定温线定温线 T5、等容线等容线v6、等干度线等干度线x任务：任务： 确定初终态参数，确定初终态参数， 计算过程中

18、的功和热计算过程中的功和热 在在p-v、T-s、h-s图上表示图上表示热力过程：热力过程： p s T v 第一定律与第二定律表达式均成立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理想气体特有的性质和表达式不能用tqdhwqduw准静态准静态wpdvtwvdp 可逆可逆qTdsiso0dspvRT( )uf T( )hf T22p11lnlnTpscRTp pvccRp1kcRkv11cRkq = h wt = 0342pv1qhvdp 例：例：锅炉中，水从锅炉中，水从30 ，4MPa, 定压加热到定压加热到450 q = h2-h1ts(4MPa)=250.33锅炉、换热

19、器锅炉、换热器例：例：水从水从30 ，4MPa, 定压加热到定压加热到450 q = h2-h12Tshs2h1 = 129.3 kJ/kg h2 = 3330.7 kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kgp12pvp2不可逆过程：不可逆过程： 汽轮机、水泵汽轮机、水泵12可逆过程：可逆过程： s1 2 1 2q = 0t12whhh 汽轮机、水泵汽轮机、水泵q = 0t12whh212Ts不可逆过程：不可逆过程： 可逆过程：可逆过程： st12whhp1p2汽轮机、水泵汽轮机、水泵q = 0t12whhhs不可逆过程不可逆过程 可逆过程：可逆过程： st12whhp1p221h1h2h22透平内效率透平内效率 12oi12hhhhhsp1p221h1h2h22例：例：汽轮机汽轮机 14MPap o1450 Ct