实际气体和水蒸气的性质

实际气体和水蒸气的性质第1页，课件共62页，创作于2023年2月第8章作业P384:1，3，7，9，10，13，15，21，29，31。共10道题。

第8章作业由1、2、3班交地址：航空楼A座202室联系人和改作业人员：刘晓锋手机久云手机敏手机/p>

第2页，课件共62页，创作于2023年2月

基本知识点

实际气体的基本性质：

气体、液体、固体

饱和液体、饱和气体、气液两相、临界参数

本章重点：

实际气体的状态方程实际气体的计算方法第3页，课件共62页，创作于2023年2月

基本知识点

水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的确定、水蒸气图表的结构和应用、水蒸气在热力过程中功量和热量的计算。

本章重点：

工业上水蒸气的定压生成过程，学会使用水蒸气热力学性质的图表，并能熟练的运用于各种热力过程的计算。第4页，课件共62页，创作于2023年2月8.1范德瓦尔方程

以前所做的推导都是针对理想气体而言的，实际情况下，如水蒸气、氨气等都不满足理想气体假设。 本章我们要讨论的就是实际气体。第5页，课件共62页，创作于2023年2月理想气体状态方程用于实际气体的偏差但是对气体做实验的结果却不是一条值为1的水平线，尤其是在高压下，误差更大。这种偏差通常用压缩因子Z表示第6页，课件共62页，创作于2023年2月

Z值的大小不仅与气体种类有关，而且同种气体的Z值还随压力和温度而变化。理想气体状态方程用于实际气体的偏差第7页，课件共62页，创作于2023年2月图8—1实际气体的p-v图

第8页，课件共62页，创作于2023年2月范德瓦尔的分析一、范德瓦尔方程 范德瓦尔考虑到两点：

1.气体分子有一定的体积，所以分子可自由活动的空间为（Vm-b) 2.气体分子间的引力作用，气体对容器壁面所施加的压力要比理想气体的小，用内压修正压力项。第9页，课件共62页，创作于2023年2月范德瓦尔方程范德瓦尔方程

可得出三个不等的实根、三个相等的实根或一个实根两个虚根。第10页，课件共62页，创作于2023年2月第11页，课件共62页，创作于2023年2月范德瓦尔方程第12页，课件共62页，创作于2023年2月由临界状态：得：Pcr=a/27b2Tcr=8a/27RbVm,cr=3b或a

=27(RTcr)2/64Pcr

b=RTcr/8PcrR=8PcrVm,cr/3Tcr

第13页，课件共62页，创作于2023年2月另外：Zcr=PcrVm,cr/RTcr=3/8=0.375

*所有物质都相同事实上不同物质的Z值不同，一般在0.23~0.29间，第14页，课件共62页，创作于2023年2月8.3热力学相似与对比态原理一、对应态原理 对多种气体的实验数据分析显示，接近各自的临界点时所有流体都显示出相似的性质，这说明各种气体在对应状态下有相同的对比性质。

f(pr,Tr,vr)=0

如范德瓦尔方程可改写为：

第15页，课件共62页，创作于2023年2月二、对应态原理与通用压缩因子图通用压缩因子图

第16页，课件共62页，创作于2023年2月二、对应态原理与通用压缩因子图第17页，课件共62页，创作于2023年2月图8－5通用压缩因子线图第18页，课件共62页，创作于2023年2月水和水蒸气是实际气体!水蒸气在空气中含量极小，当作理想气体一般情况下，为实际气体，使用图表18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质直到内燃机发明，才有燃气工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质优点:便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好第19页，课件共62页，创作于2023年2月§8-2纯物质的热力学面及相图物质有三种聚集状态：固态、液态、气态热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态的曲面水的三态：冰、水、蒸汽第20页，课件共62页，创作于2023年2月水的热力学面两相区单相区气液固pvT六个区：三个单相区、三个两相区液--气固--气固--液pvT第21页，课件共62页，创作于2023年2月饱和线、三相线和临界点pv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：临界点第22页，课件共62页，创作于2023年2月三相线与临界点水的临界点状态饱和液线与饱和气线的交点气液两相共存的pmax,Tmax等温线是鞍点临界点水的三相线第23页，课件共62页，创作于2023年2月纯物质的p-T相图ppTT液液气气固固水一般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第24页，课件共62页，创作于2023年2月思考题没有。t>374.16℃有3.有没有500ºC的水？1.溜冰冰刀2.北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相4.有没有-3℃的蒸汽？5.一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？第25页，课件共62页，创作于2023年2月纯物质的p-T相图ppTT液液气气固固水一般物质三相点三相点临界点临界点流体流体第26页，课件共62页，创作于2023年2月饱和线、三相线和临界点pv饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临界点第27页，课件共62页，创作于2023年2月汽相和液相锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器因固相不流动，更关心汽液两相第28页，课件共62页，创作于2023年2月汽化与饱和沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化(气体和液体均处在饱和状态下)饱和状态：汽化与凝结的动态平衡汽化:由液态变成气态的物理过程(不涉及化学变化)蒸发：汽液表面上的汽化第29页，课件共62页，创作于2023年2月饱和状态饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和温度Ts饱和压力ps一一对应放掉一些水，Ts不变，ps？Tspsps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高压锅ps=1.6barTs=113.32℃第30页，课件共62页，创作于2023年2月纯物质的p-T相图ppTT液液气气固固水一般物质三相点三相点临界点临界点流体流体汽化线汽化线第31页，课件共62页，创作于2023年2月§8-4水蒸气的定压发生过程t<tst=tst=tst=tst>tsv<v’v=v’v=v’’v’<v<v’’v>v’’未饱和水饱和水饱和湿蒸汽饱和干蒸汽过热蒸汽h<h’h=h’h=h’’h’<h<h’’h>h’’s<s’s=s’s=s’’s’<s<s’’s>s’’水预热汽化过热第32页，课件共62页，创作于2023年2月水蒸气定压发生过程说明(1)(2)只有熵加热时永远增加(3)理想气体实际气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加汽化潜热(4)未饱和水过冷度过冷水过热蒸汽过热度第33页，课件共62页，创作于2023年2月sp-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程一点，二线，三区，五态第34页，课件共62页，创作于2023年2月等压线上饱和态参数ptsv’(bar)v’’s’s’’kJ/(kg.K)0.0061120.010.00100022206.1750.09.15621.099.630.00104341.69461.30277.36085.0151.850.00109280.374811.86046.821550.0263.920.00128580.039412.92095.9712221.29374.150.003260.003264.4294.429(bar)(℃)bdbd第35页，课件共62页，创作于2023年2月定压加热线与饱和液线相近的说明当忽略液体cp变化，不同的p，液体近似不可压，v不变对每个不变的T第36页，课件共62页，创作于2023年2月§8-5水和水蒸气状态参数及其图表状态公理：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p、T即可饱和水和干饱和蒸汽，只需确定p或T湿饱和蒸汽，p和T不独立，汽液两相1875年，吉布斯提出了吉布斯相律第37页，课件共62页，创作于2023年2月水和水蒸气状态参数确定的原则1、未饱和水及过热蒸汽确定任意两个独立参数，如：p、T2、饱和水和干饱和蒸汽确定p或T3、湿饱和蒸汽除p或T外，其它参数与两相比例有关第38页，课件共62页，创作于2023年2月两相比例由干度x确定定义干饱和蒸汽饱和水对干度x的说明：x=0饱和水x=1干饱和蒸汽0

≤x

≤1在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义第39页，课件共62页，创作于2023年2月湿饱和蒸汽区状态参数的确定如果有1kg湿蒸气，干度为x,即有xkg饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度xh,v,s第40页，课件共62页，创作于2023年2月水和水蒸气表两类2、未饱和水和过热蒸汽表1、饱和水和干饱和蒸汽表第41页，课件共62页，创作于2023年2月水和水蒸气表－分为两种表2、未饱和水和过热蒸汽表1、饱和水和干饱和蒸汽表第42页，课件共62页，创作于2023年2月饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）第43页，课件共62页，创作于2023年2月饱和参数未饱和水和过热蒸汽表（节录）第44页，课件共62页，创作于2023年2月表的出处和零点的规定原则上可任取零点，国际上统一规定。但原则上不为0，对水：

表依据1963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IFC（国际公式化委员会）1967和1997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。焓、内能、熵零点的规定：水的三相点第45页，课件共62页，创作于2023年2月饱和参数未饱和水和过热蒸汽表(注意下划线）第46页，课件共62页，创作于2023年2月如何在图上表示功和热p-v图（示功图）：面积代表功能否用线段表示热和功T-s图（示热图）：面积代表热第47页，课件共62页，创作于2023年2月焓熵图的画法(1)1、零点：h=0，s=0；2、饱和汽线（上界线）、饱和液线（下界线）3、等压线群：p两相区pT=Const斜直线单相区sT向上翘的发散的形线C点为分界点，不在极值点上第48页，课件共62页，创作于2023年2月焓熵图hsCpx=1x=0pC第49页，课件共62页，创作于2023年2月焓熵图的画法(2)气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体两相区：T、p一一对应，T线即p线在x=0,x=1之间，从C点出发的等分线同理想气体一样，v线比p线陡4、定温线T5、等容线v6、等干度线x第50页，课件共62页，创作于2023年2月焓熵图hsCx=1x=0pvTx第51页，课件共62页，创作于2023年2月§8-6水蒸气的热力过程任务：确定初终态参数，计算过程中的功和热在p-v、T-s、h-s图上表示热力过程：

psT

v

第52页，课件共62页，创作于2023年2月注意理想气体过程的区别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可逆第53页，课件共62页，创作于2023年2月水蒸气的定压过程q=hwt=0342pv1例：锅炉中，水从30℃，4MPa,定压加热到450

℃

q=h2-h1ts(4MPa)=250.33℃锅炉、换热器第54页，课件共62页，创作于2023年2月水蒸气的定压过程例：水从30℃，4MPa,定压加热到450

℃

q=h2-h12Tshs2