工程热力学第七章_第19-20节

1、工程热力学Engineering Thermodynamics北京航空航天大学第七章 水蒸气n水的相变及相图n水蒸气的定压发生过程n水蒸气表和焓熵图n水蒸气的基本热力过程为什么研究水蒸气？水蒸气是各种热力过程中广泛应用的重要工质。 1. 水蒸气容易获得，经济性好 2. 热力参数适宜（膨胀性、传热性好） 3. 不污染环境应用广泛 1. 18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质。 2. 直到内燃机发明，才有燃气工质 3. 目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质水蒸气在空气中含量极少时，当作理想气体一般情况下，为实际气体，是实际气体的典型代表。研究内容工程热力学研究的主要内容： 1. 能量转换的基本定律

2、 2. 工质的基本性质与热力过程 3. 热功转换设备、工作原理基本性质热力过程水蒸气的基本热力过程水蒸气的产生与变化规律定压、定容定温、定熵水蒸气热力状态计算相变及相图定压发生过程水蒸气表焓熵图水的相变沸腾：沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化表面和液体内部同时发生的汽化汽化：汽化：由液相转变成气相的物理过程由液相转变成气相的物理过程凝结：凝结：与汽化相反的过程。与汽化相反的过程。蒸发：蒸发：汽液表面上的汽化汽液表面上的汽化 汽化汽化升华：升华：由固态直接转变成气态的物理过程由固态直接转变成气态的物理过程凝华：凝华：与升华相反的过程。与升华相反的过程。物质有三种聚集状态：物质有三种聚集状态：固相

3、、液相、气相固相、液相、气相水的三态：冰、水、蒸汽水的三态：冰、水、蒸汽水的相图pT液液气气固固凝固时体积膨胀的物质凝固时体积膨胀的物质三相点三相点临界点临界点流体流体升华线升华线凝固线凝固线汽化线汽化线pT液液气气固固凝固时体积膨胀的物质凝固时体积膨胀的物质三相点三相点临界点临界点流体流体升华线升华线凝固线凝固线汽化线汽化线pT液液气气固固凝固时体积缩小的物质凝固时体积缩小的物质三相点三相点临界点临界点流体流体升华线升华线凝固线凝固线汽化线汽化线pT液液气气固固凝固时体积缩小的物质凝固时体积缩小的物质三相点三相点临界点临界点流体流体升华线升华线凝固线凝固线汽化线汽化线三相点与临界点3cccm

4、22.129MPa 647.30K 0.00326kgpTv水的临界点水的三相点tptp611.2Pa,273.16KpT三相态：固、液、汽三相共存的状态。三相态是汽液共存的曲线的最低点，也称三相点。临界点：汽化曲线的上方端点，此时饱和汽和饱和液具有完全相同的性质，呈现为均匀的单相。临界点：气液两相共存的最大压力和最大温度。高于临界压力时，液汽两相的转变不经历两相平衡共存的饱和状态，变化中物质总是呈现出均匀的单相。饱和状态饱和状态：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？Tspsp

5、s=1.01325barTs=100 青藏青藏 ps=0.6barTs=85.95 高压锅高压锅ps=1.6barTs=113.32 水蒸气的定压发生过程t tsv vv = vv = vv v v未饱和水饱和水饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽 过热蒸汽h hh = hh = hh h hs ss = ss = ss s s预热预热汽化汽化过热过热水蒸气的pv图和Ts图cpcTcTABABcTTcTT cpp cpp 3a3b3d3e3c3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e2c2a2b2d2e1c1a1b1d1e1c1a1b1d1eTspvcp一点，二线，三区，五态一点，二线，三区，五态饱和液相线与

6、饱和气相线相交的说明ptsv(bar)vsskJ/(kg.K)0.0061121.05.050.0221.290.0199.63151.85263.92374.150.001000220.00104340.00109280.00128580.00326206.1751.69460.374810.039410.003260.01.30271.86042.92094.4299.15627.36086.82155.97124.429(bar)()bdbd压力增大，饱和温度升高，水体积增加（液态水不可压）压力增大，饱和温度升高，蒸汽比容减小（p比T影响大）定压加热线与饱和液相线接近的说明当忽略液体cp

7、变化，21ln0qTscTT ( , )uf T v0qdupdv不同的p，液体近似不可压，v不变对每个不变的T湿蒸汽的描述干度湿蒸汽：饱和温度下形成的饱和液体与饱和蒸汽的混合物干度 x 湿蒸汽中含干蒸汽的质量湿蒸汽的总质量（1-x）称为湿度，表示湿蒸汽中饱和水的含量。特殊情况x0：干蒸汽含量为0，饱和液体（饱和液体线）x1：饱和水含量为0，干饱和蒸汽（饱和蒸汽线） 在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义水蒸汽参数计算独立参数状态公理：简单可压缩系统，两个独立参数未饱和水及过热蒸汽：2个独立参数，p，T饱和水及饱和蒸汽：pf（T），1个独立参数，p或T湿饱和蒸汽：p，T不独立，参数与两相比例有关，p

8、或T，干度x需要几个已知条件才能确定水和水蒸气的状态？()sdpdTT vv相变克拉贝龙方程：水蒸气参数计算零点的规定计算变化量，原则上可任取零点，国际上统一规定。计算变化量，原则上可任取零点，国际上统一规定。1963，国际水蒸气会议规定：，国际水蒸气会议规定：以水物质在三相（纯水的以水物质在三相（纯水的冰、水和汽）平衡共存状态下的饱和水作为冰、水和汽）平衡共存状态下的饱和水作为基准点基准点，基，基准点的准点的热力学能热力学能和和熵熵为为0。但但 原则上不为原则上不为0， 对水：对水： pvuh3611.2 0.00100022mapPvkg0.60.00060hupvJ kgkJ kg0 s

9、0u T16.273水的三相点水的三相点水蒸气参数计算水的压缩性小， 变化时， ， ， ，p0v 00vv00TT00vv000uu000ss0000hupv0.01ts定pql液体热0lqhhh0.01lpmsqhct273.16ln273.16sTsppmTdTsccT 水蒸气参数计算()srT sshhhhruhpvsrssT(1)(1)(1)hxhx hvxvx vsxsx s水蒸气表两类，三种1.饱和水与饱和蒸汽表2.未饱和水和过热蒸汽表按压力和温度排列按温度排列按压力排列饱和水和饱和水蒸气表o/ CtKT /aMPp/kgmv/ 3kgmv/3kgkJh/kgkJh/)(/ Kkg

10、kJs)(/KkgkJs01. 010020030016.273000611. 000100022. 0175.2060 .2501000614. 00000. 01562. 915.373101325. 00010437. 06738. 13 .267606.4193069. 13564. 715.4735551. 10011565. 04 .82512714. 04 .27913307. 24289. 615.5735917. 80014041. 002162. 04 .13454 .27482559. 37038. 5kgmv/ 3kgmv/3kgkJh/kgkJh/)(/ KkgkJs

11、)(/KkgkJso/ Ct982. 663.9988.17996.3105 .24840010001. 0208.1298 .251333.291060. 02 .22580010434. 06946. 17 .267551.4173027. 14 .20140011274. 06 .76219430. 00 .27778 .1315aMPp/001. 01 . 00 . 1100014526. 001800. 06 .14084 .27249756. 83608. 71382. 25847. 63616. 36143. 5kgkJr/按温度排列按压力排列未饱和水与过热蒸汽表饱和参数饱和参数

12、paMP01. 0aMP02. 083.45st1505. 86493. 04 .258484.191676.140010102. 0 s sh hv v09.60st9092. 78321. 06 .260946.2516515. 70010172. 0 s sh hv vtvhsvhs04080600010002. 00.00001. 00010002. 00 . 00001. 05 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 08310. 01 .2510010171. 01752. 83 .261134.1527.163 .26493437.

13、8119. 88 .26470205. 84 .2724052. 95479. 84 .272512.182261. 8120焓熵图（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，不在极值点上焓熵图焓熵图气相区：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

14、干度线xvvhpTvssTThpTvss大于0热蒸汽区小于0焓熵图水蒸气的基本热力过程分析热力过程的任务： 揭示状态变化规律与能量传递之间的关系，从而计算热力过程中工质状态参数的变化以及与外界交换的热量与功量分析蒸汽热力过程的一般步骤：计算方法n水蒸气与理想气体的不同之处理想气体状态方程不能应用于水蒸气的计算，水蒸气是实际气体，没有适当且简单的状态方程式。水蒸气的Cp，Cv，h，u都不是温度的单值函数，而是p或v和T的复杂函数。不能采用分析方法计算求解状态参数应用蒸汽性质图表，结合热力学基本关系式、热力学第一定律水蒸气与理想气体的不同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tqdhwqduwwpdvtwvdp qTdsiso0dspvRT( )uf T( )hf T22p11lnlnTpscRTp pvccRp1kcRkv11cRk可逆过程功及热的表达式成立可逆过程功及热的表达式成立定压过程21qhhh 122121()uhhp vv wqu21()