中国矿业大学工程热力学第七章

1、CHINA UNIV. OF MININGCHINA UNIV. OF MININGTECHNOLOGYTECHNOLOGY第七章第七章水蒸气水蒸气CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY水的相变及相图水的相变及相图水的定压发生过程水的定压发生过程水蒸气表和焓水蒸气表和焓- -熵图（熵图（h-s图）图）水蒸气的基本热力过程水蒸气的基本热力过程实验实验: :关系测定关系测定CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGYn实际工质

2、的物性实际工质的物性n水蒸气的产生过程水蒸气的产生过程n水蒸气状态参数的确定水蒸气状态参数的确定n水蒸气图表的结构和应用水蒸气图表的结构和应用n水蒸气在热力过程计算水蒸气在热力过程计算n工业上水蒸汽的定压生成过程工业上水蒸汽的定压生成过程n学会使用水蒸汽热力学性质的图表，并能熟练学会使用水蒸汽热力学性质的图表，并能熟练地运用于各种热力过程的计算地运用于各种热力过程的计算CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGYCHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNO

3、LOGYTECHNOLOGY1、物质聚集状态物质聚集状态n三种：三种：固态固态（solid）、液态液态（liquid）、气态气态（gas）n水的三态水的三态 ：冰冰（ice）、水水（liquid water）、蒸汽蒸汽（steam/water vapor).2、物质相变物质相变溶解溶解凝固凝固升华升华凝结凝结蒸发蒸发/ /沸腾沸腾plasma凝华凝华CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY3、饱和状态饱和状态液体分子脱离其液体分子脱离其表面的汽化速度表面的汽化速度汽体分子回到液体中的凝结速度饱和状态饱和液体

4、饱和液体饱和蒸汽饱和蒸汽CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY4、饱和温度饱和温度Ts和饱和压力和饱和压力Ps Saturation temperature and pressuren处于饱和状态的汽、液温度相同，称为饱和温处于饱和状态的汽、液温度相同，称为饱和温度度Ts，蒸汽的压力称为饱和压力，蒸汽的压力称为饱和压力Psn饱和压力饱和压力Ps和温度和温度 Ts关系关系 Ts上升， Ps上升； Ps上升， Ts上升ps=1.01325barTs=100 青藏青藏ps=0.6barTs=85.95 高压锅高

5、压锅ps=1.6barTs=113.32 ts= f ( ps )CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY5、物质相图物质相图nP-v-T 面面固液固液汽体汽体临界点临界点液体液体液汽液汽三相线三相线固汽固汽蒸汽蒸汽pT Tvp p常数常数T T常数常数固体固体CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY5、物质相图物质相图nP-v-T 面面固固气气液液固固-液液液液-气气固固-气气特点特点: :1)一点一点2)四线四线3)

6、六区六区 CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGYCHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY临界点临界点 Critical pointn水水: :三相线三相线 (三相点三相点)n水水: :tptp611.2Pa,273.16KpTPcr=22.09MPaTcr=374.14Vcr=0.003155m3/kgCHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHN

7、OLOGY5、物质相图物质相图nP-v 图图 nP-T 图图CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY固液固液液体液体固体固体o 三相点三相点蒸汽蒸汽A固汽固汽液液汽汽CBpT汽体汽体（汽化曲线）（汽化曲线）（熔解曲线）（熔解曲线）（升华曲线）（升华曲线）临界点临界点CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY水的相图水的相图（p-T图）图）pTliquidliquidgasgassolidsolidHH2 2OO三相点三相点

8、临界点临界点Questions:没有。没有。t374.16 t374.16 2.2.有没有有没有500500C C的水的水？1.1.溜冰冰刀溜冰冰刀? ?3.3.北方冬天晾在外边的北方冬天晾在外边的衣服，衣服，是否经过液相是否经过液相? ?4.4.有没有有没有-3-3的蒸汽？的蒸汽？CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY1 1、水蒸气的定压发生过程、水蒸气的定压发生过程CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY水蒸汽的定

9、压生成过程模拟图水蒸汽的定压生成过程模拟图CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGYstt水蒸汽的定压生成过程模拟图水蒸汽的定压生成过程模拟图CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGYstt水蒸汽的定压生成过程模拟图水蒸汽的定压生成过程模拟图CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGYstt水蒸汽的定压生成过程模拟图水蒸汽的定压生成过程模拟图

10、CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGYstt水蒸汽的定压生成过程模拟图水蒸汽的定压生成过程模拟图CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGYstt水蒸汽的定压生成过程模拟图水蒸汽的定压生成过程模拟图CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGYstt水蒸汽的定压生成过程模拟图水蒸汽的定压生成过程模拟图CHINA UNIV. OF MINING

11、 CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGYstt水蒸汽的定压生成过程模拟图水蒸汽的定压生成过程模拟图CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGYstt水蒸汽的定压生成过程模拟图水蒸汽的定压生成过程模拟图CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY1、水蒸气的定压发生过程水蒸气的定压发生过程未饱和水状态未饱和水状态 饱和水状态饱和水状态 湿饱和蒸汽状态湿饱和蒸汽状态 干饱和蒸汽状态干饱和

12、蒸汽状态 过热蒸汽状态过热蒸汽状态过热阶段过热阶段水蒸汽的定压生成过程水蒸汽的定压生成过程饱和水的汽化阶段饱和水的汽化阶段水的预热阶段水的预热阶段sttsttsttsttsttaaaaaaaaaaaa,vuhsSuperheated vaporSaturated vaporSaturated liquid-vapor mixtureCompressed liquidSaturated liquidCHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY1、水蒸气的定压发生过程水蒸气的定压发生过程v vv = vv = vv

13、 v vh hh = hh = hh h hs ss = ss = ss s st tsCHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY预热阶段预热阶段饱和水饱和水未饱和水（过冷水）未饱和水（过冷水）状态及状态参数状态及状态参数：hhssvvttconstps.hhssvvttconstps. CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY汽化阶段汽化阶段干饱和蒸汽干饱和蒸汽饱和水饱和水湿湿(饱和饱和)蒸汽蒸汽湿饱和蒸汽：饱和水与饱湿

14、饱和蒸汽：饱和水与饱和蒸汽混合物和蒸汽混合物hhssvvttconstps.hhhsssvvvttconstps .hhssvvttconstps . hh CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY过热阶段过热阶段过热蒸汽过热蒸汽干饱和蒸汽干饱和蒸汽hhssvvttconstps .hhssvvttconstps . t-tsCHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY2 2、水蒸汽定压生成过程中热量的计算、水蒸汽定压生成过

15、程中热量的计算1Ts11x1液体热液体热0220( )( )()lsuqqrqhhhhhhhh lqkJ/kgrhhrsT2过热热过热热2kJ/kgsuqhh0kJ/kglqhhsuqkJ/kgsrTsss sCHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY3、水蒸气的水蒸气的P-v 和和 T-s图图SCHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGYSS3、水蒸气的水蒸气的P-v 和和 T-s图图CHINA UNIV. OF MININ

16、G CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY3、水蒸气的水蒸气的P-v 和和 T-s图图cpcTcTABCACBcTTcTT cppcpp3a3b3d3e3c3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e2c2a2b2d2e1c1a1b1d1e1c1a1b1d1eTs水蒸气的水蒸气的P-v 和和T-s图图pvcp饱和液体线饱和液体线饱和蒸汽线饱和蒸汽线CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY基本特点基本特点:1)1)一点一点 ( (One point）临界点临界点 Cr

17、titical point2)2)两线两线（Two lines）饱和液体线饱和液体线 Saturated liquid line饱和蒸汽线饱和蒸汽线 Saturated vapor line3)3)三区三区（Three regions）未饱和液体未饱和液体 Compressed liquid region过热蒸汽区过热蒸汽区 Superheated vapor region湿饱和蒸汽区湿饱和蒸汽区 Saturated liquid-vapor mix. Region4)4)五态五态 (Five states）3、水蒸气的水蒸气的P-v 和和 T-s图图未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、未饱和水、饱

18、和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽干饱和蒸汽、过热蒸汽. .CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY1、参考点的规定参考点的规定n规定：水的规定：水的三相点三相点（0.01）的的热力学能和熵为零值热力学能和熵为零值。kgmvsu/00100021. 000316.27316.27316.273Jpvuh612. 000100021. 06 .61100CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY2、温度温度 T 、压力压

19、力 P的过冷水的过冷水n由于液体由于液体压缩性很小压缩性很小，在低压下可近似认为未饱和液，在低压下可近似认为未饱和液体的参数不随压力而变，只是温度的函数。体的参数不随压力而变，只是温度的函数。可用饱和可用饱和水的数据近似代替同温度未饱和水的数据水的数据近似代替同温度未饱和水的数据。 At given P and TvvUuHhTdTcTqsqhhdTcqpTTTp16.27316.273016.273CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY3、温度温度 Ts 、压力压力Ps的饱和水的饱和水n通常用通常用水蒸

20、气图或表水蒸气图或表计算计算. .n 4、温度温度 Ts 、压力压力Ps的湿饱和蒸汽的湿饱和蒸汽n在湿蒸汽区，在湿蒸汽区，p、t不是两个独立的变量，因此不是两个独立的变量，因此不能由不能由p、t确定状态确定状态点。n干度干度 x湿蒸汽中饱和蒸汽所占的质量百分比湿蒸汽中饱和蒸汽所占的质量百分比mixtureofmasstotalthevaporofmassthex fvvmmmx=0 饱和液体饱和液体x=1 干饱和蒸汽干饱和蒸汽hhssvvttppss) (hhssTsCHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY

21、mmvvmv vmvmmvxmm mvmmvmv xmm1 )1 (xvvxv)( vvxvvCHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY)1 (yxxyy)1 ()1 ()1 (sxxssvxxvvhxxhhyyxyyCHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY5、过热蒸汽过热蒸汽 由水蒸汽图或表确定由水蒸汽图或表确定 为过热度 stttTTpsTpTTpsSsTdTcTTdTcsqhhdTcq16.273supsupCHIN

22、A UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY1、水蒸气表水蒸气表饱和水及干饱和蒸汽表饱和水及干饱和蒸汽表（表（表7 71 1）CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY1、水蒸气表水蒸气表未饱和水及过热蒸汽表未饱和水及过热蒸汽表（表（表7 72 2）CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY2、水蒸汽表的应用水蒸汽表的应用n情况一情况一 : : 已知

23、已知（p，t），），判断水或蒸汽所处判断水或蒸汽所处的状态的状态n查饱和表得已知压力（或温度）下的饱和温查饱和表得已知压力（或温度）下的饱和温度度t ts s( (p p) )（或饱和压力（或饱和压力p ps s( (t t) ) ）Is t ts ?未饱和未饱和Is t ts?饱和饱和 xIs t ts?过热蒸汽过热蒸汽CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY情况二：情况二：已知已知p（或（或t）及某一比参数）及某一比参数y（v或或s或或h）, ,判断水或蒸汽所处的状态判断水或蒸汽所处的状态 查饱和表得已

24、知压力（或温度）下的查饱和表得已知压力（或温度）下的yy、y”y”y y ?yy y ?y y ?工质处于过热蒸气状态工质处于湿饱和蒸汽状态未饱和水未饱和水饱和饱和过热过热yyyyx )()()(hhxhhssxssvvxvv CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY例题例题 7-1 1 kg 水处于压力水处于压力0.5MPa 体积体积 0.35m3的容器中的容器中. 试确定水所处试确定水所处状态，并求出其他状态参数状态，并求出其他状态参数（h、s、u等等）解：由水蒸汽表 p=0.5MPa时kgmvkgmv

25、3337486. 0 0010925. 0 vvv该状态为湿饱和蒸汽。 ctKkgkJsKkgkJskgkJhkgkJhs867.1518214. 6 8610. 159.2748 35.640CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGYkgkJpvhuKkgkJssxsskgkJhhxhhvvvvx4 .24331035. 0105 . 04 .26084915. 68610. 18214. 69335. 08610. 1 4 .260835.64059.27489335. 035.640 9335. 000

26、10925. 037486. 00010925. 035. 0 36CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY例题例题 7-2 试确定下列条件下的试确定下列条件下的 h, s 和和 x？ 1) p1= 2MPa, t1=300 0C2) p2= 9MPa, v2=0.017m3/kg3) p3= 0.5MPa, x3=0.94) p4= 1.0MPa, t4=1750C5) p5= 1.0MPa, v2=0.02404m3/kgCHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINI

27、NG TECHNOLOGYTECHNOLOGY例题例题 7-3刚性容器内盛有刚性容器内盛有 10 kg 温度温度900C的水。的水。 如果有如果有 8 kg 处于液处于液体状态，体状态，2kg 处于蒸汽状态，试确定处于蒸汽状态，试确定 (a) 容器内的压力，容器内的压力，(b) 容器的体积？容器的体积？ 解解:(a) 由于该状态汽液两相共存，因此压力比为该温度对应的由于该状态汽液两相共存，因此压力比为该温度对应的饱和压力，查表得：饱和压力，查表得：kPap14.70(b) 900C 时，时，v=0.001036 m3/kg v=2.361m3/kg. 干度干度x 计算为：计算为：2 . 010

28、2x于是于是)( vvxvvkgm /473. 03kgmmvV/73. 43CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY例题例题 7-41.5 kg 水处于压力水处于压力200 kPa 体积体积1.2 m3的容器中，求水的焓的容器中，求水的焓值。值。解解:水的比热为：水的比热为：根据水蒸汽表根据水蒸汽表 P = 200 kPa,vVolumemassmkgmkg12150833.v = 0.001061 m3/kg , v = 0.8858 m3/kg可见，该状态为湿饱和蒸汽。计算干度为：可见，该状态为湿饱和

29、蒸汽。计算干度为：903. 0 vvvvxkJhhxhmmhH3750)( CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY例题例题 7-5刚性绝热容器压力为刚性绝热容器压力为 700 kPa, 液体质量为液体质量为1.78 kg, 蒸汽质量为蒸汽质量为0.22 kg. 对对容器加热直至压力增至容器加热直至压力增至 8 MPa. 求该状态下水的温度、焓求该状态下水的温度、焓h和和热力学能热力学能U，并判断液体水位升高还是降低了？，并判断液体水位升高还是降低了？解解:mg, Vg蒸汽蒸汽mf, Vf液体水液体水初始状

30、态初始状态 1:xmmmkgkggfg1111022178022011.( .).111113()0.001108(0.11)(0.27280.001108)0.031fgfvvx vvmkgCHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGYState 2 is specified by: 在终态在终态2时时: P2 = 8 MPa, v2 = 0.031 m3/kg 当当 8 MPa = 8000 kPa, 由水蒸汽表：由水蒸汽表： v = 0.001384 m3/kg v= 0.02352 m3/kg 而终状态而

31、终状态 8 MPa, v2 = 0.031 m3/kg.因此，该状态为因此，该状态为过热蒸汽过热蒸汽状态状态.由过热蒸汽表，插得由过热蒸汽表，插得：8 MPa, v = 0.031 m3/kg 时：时：T2 = 361 Ch2 = 3024 kJ/kgu2 = 2776 kJ/kgCHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY例题例题 7-6 用温度为用温度为500K的恒温热源加热的恒温热源加热1atm的饱和水，使之定压汽的饱和水，使之定压汽化为化为100C的饱和干蒸汽，求：的饱和干蒸汽，求： 1 1）该过程中工

32、质的熵变如何计算？）该过程中工质的熵变如何计算？ 2 2）过程中熵流和熵产。）过程中熵流和熵产。解：解：6 .2257 14.2675 52.4173589. 7 3028. 16 .2257634.991 . 0hhkgkJhkgkJhKkgkJsKkgkJskgkJCtMPas时据表1）查表）查表KkgkJsss0561. 63028. 13589. 7 CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY2）由闭口系熵方程2）由闭口系熵方程）由闭口系熵方程gfsssKkgkJsssKkgkJTrTqTqsTqsf

33、gff5409. 15152. 40561. 65152. 45006 .225721热源热源热源热源CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY回顾回顾水蒸气定压发生过程水蒸气定压发生过程P-v 、T-sCHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY水蒸气表水蒸气表n2 2种类型表种类型表n饱和水和干饱和蒸汽表饱和水和干饱和蒸汽表（附录附录1、2）n 未饱和水和过热蒸汽未饱和水和过热蒸汽（附录附录3）n如何处理湿饱和蒸汽如何处理

34、湿饱和蒸汽? ? x 回顾回顾CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY回顾回顾水蒸气的应用水蒸气的应用n将已知参数和饱和状态参数相比较。将已知参数和饱和状态参数相比较。n确定水或水蒸气所处的状态。确定水或水蒸气所处的状态。n选择相应的表计算其他状态参数。选择相应的表计算其他状态参数。CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY3、 焓熵图焓熵图(h-s)x=1x=0pCvx1x2pv T xCHINA UNIV. OF MI

35、NING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY基本热力过程：基本热力过程： p s T v 我们需要做的工作我们需要做的工作: : 1) 确定过程的初、终态参数；确定过程的初、终态参数； 2) 计算过程功计算过程功W 和热量和热量 Q； 3) 将过程画在将过程画在 p-v, T-s, 和和 h-s 图上。图上。 水蒸汽的所有参数应查表得到，不能用理想气体水蒸汽的所有参数应查表得到，不能用理想气体方程得到。方程得到。CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY1、定

36、压过程定压过程 p锅炉、换热器锅炉、换热器q = h= h2-h1 wt = 0342pv12Ts2h2h1hs134143 CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY2、绝热过程绝热过程 汽轮机、水泵汽轮机、水泵q = 0t12whhh pvp12p212Ts212p1p2hsp121h1h2h22p2CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY3、定温过程定温过程pvTCTcTTshs12122CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY4、定容过程定容过程pv12Tshs12vpT12pv实际设备中很少见。实际设备中很少见。CHINA UNIV. OF MINING CHINA UNIV. OF MINING TECHNOLOGYTECHNOLOGY例题例题 7-7 水蒸汽从水蒸汽从 p1=10bar 、t1=3000C 状态定熵膨胀到状态定熵膨胀到p2=10bar的状态。计算的状态。计算1kg气