工程热力学第六章水蒸气课件

第六章水蒸气的性质和过程朱嘉敏第六章朱嘉敏1水和水蒸气是实际气体的代表1优点:便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好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，使用图表目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质水和水蒸气是实际气体的代表1优点:便宜，易得，无毒，水蒸气2冰、水、蒸汽物质有三种聚集状态：固态、液态、气态纯物质的热力学面及相图6-1热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态的曲面水的三态：纯物质：各相中化学成分均相同的物质冰、水、蒸汽物质有三种聚集状态：固态、液态、气态纯物质的热力3纯物质的热力学面及相图6-1两相区单相区气固pvT六个区：三个单相区、三个两相区液--气固--气固--液pvT液纯物质的热力学面及相图6-1两相区单相区气固pvT六个区：三4纯物质的热力学面及相图6-1pv四个线：三个饱和线、一个三相线饱和气线饱和固线T临界点饱和液线气液共存的最高点三相线等温线是鞍点纯物质的热力学面及相图6-1pv四个线：三个饱和线、一个三相5固－液液体固体三相点蒸汽固－汽液－汽Cpt气体（汽化线）（凝固线）（升华线）临界点0.01℃22.129MPa374.15℃611.2Pa有没有500ºC的水？溜冰冰刀北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相有没有-3℃

的蒸汽？固－液液体固体三相点蒸汽固－汽液－汽Cpt气体（汽化线）（凝6ppTT液液气气固固水一般物质三相点三相点临界点流体升华线升华线凝固线凝固线汽化线汽化线流体ppTT液液气气固固水一般物质三相点三相点临界点流体升华线升7汽化与饱和6-2固相不流动，热力工程中更关心液、气相以及液-气共存。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蒸发：汽液表面上的汽化汽化汽化与饱和6-2固相不流动，热力工程中更关心液、气相以及液-86-3液体分子脱离其表面的汽化速度汽体分子回到液体中的凝结速度＝这时液体与蒸汽处于动态平衡状态，称为饱和状态p

s饱和水饱和蒸汽汽化与饱和饱和压力饱和温度一一对应ps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高压锅ps=1.6barTs=113.32℃6-3液体分子脱离其表面的汽化速度汽体分子回到液体中的凝结速9水蒸气的定压发生过程6-3t<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’’水预热汽化过热水蒸气的定压发生过程6-3t<tst=tst=t10水蒸气的定压发生过程6-3(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水蒸气的定压发生过程6-3(1)(2)只有熵加热时永远增加(11水蒸气的定压发生过程6-3ptsv’(bar)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)(℃)bdbdv’’水蒸气的定压发生过程6-3ptsv’(bar)s’s’’kJ12水蒸气的定压发生过程6-3水蒸气的定压发生过程6-313水蒸气的定压发生过程6-3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水蒸气的定压发生过程6-3定压加热线与饱和液线相近的说明当忽14水蒸气的定压发生过程6-3一点：临界点二线：下界线（饱和水线）上界线（干饱和蒸汽线）三区：未饱和水区、湿蒸汽区、过热蒸汽区五态：未饱和水态、饱和水态、湿饱和蒸汽水态、干饱和蒸汽水态、过热蒸汽态sT水蒸气的定压发生过程6-3一点：临界点sT15水和水蒸气状态参数及其图表6-42、未饱和水及过热蒸汽确定任意两个独立参数，如：p、T1、饱和水和干饱和蒸汽确定p或T水和水蒸气状态参数及其图表6-42、未饱和水及过热蒸汽确定任16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湿饱和蒸汽区状态参数的确定如果有1kg湿蒸气17定义干饱和蒸汽对干度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无意义两相比例由干度x确定饱和水水和水蒸气状态参数及其图表6-4定义干饱和蒸汽对干度x的说明：x=0饱和水x=18一点两线三区五态一点物质的临界点两线饱和蒸汽状态连线（上界限线）饱和液体状态连线（下界限线）三区汽态区：上界限线与临界等温线上段右侧区域液态区：下界限线与临界等温线上段左侧区域湿蒸汽区：上、下界限线之间的锺罩形区域一点两线三区五态一点物质的临界点两线饱和蒸汽状态连线（上界限19定义干饱和蒸汽对干度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无意义两相比例由干度x确定饱和水水和水蒸气状态参数及其图表6-4定义干饱和蒸汽对干度x的说明：x=0饱和水x=20水和水蒸气状态参数及其图表6-4水和水蒸气状态参数及其图表6-421水和水蒸气状态参数及其图表6-4水和水蒸气状态参数及其图表6-422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。但查表举例（1）查表时先要确定在五态中的哪一态。例.1

已知：p=1MPa,试确定t=100℃,200℃

各处于哪个状态,各自h是多少？ts(p)=179.88℃t=100℃<

ts,未饱和水h=419.7kJ/kgt=200℃>

ts,过热蒸汽h=2827.5kJ/kg查表举例（1）查表时先要确定在五态中的哪一态。例.1已查表举例（2）已知t=250℃,5kg

蒸汽占有0.2m3容积,试问蒸汽所处状态?h=?t=250℃,

湿蒸汽状态查表举例（2）已知t=250℃,5kg蒸汽占有0.2m查表举例（2）已知t=250℃,5kg

蒸气占有0.2m3容积,试问蒸气所处状态?h=?t=250℃,

湿蒸汽状态查表举例（2）已知t=250℃,5kg蒸气占有0.2m饱和参数未饱和水和过热蒸汽表(注意下划线）饱和参数未饱和水和过热蒸汽表(注意下划线）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，不在极值点上焓熵图的画法(1)1、零点：h=0，s=0；2、饱和汽线（上焓熵图hsCpx=1x=0pC焓熵图hsCpx=1x=0pC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焓熵图hsCx=1x=0pvTx焓熵图hsCx=1x=0pvTx§6-5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：

ps

T

v

§6-5水蒸气的热力过程任务：确定初终态参数，热力过程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准静态可逆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、换热器水蒸气的定压过程q=h342pv1例：锅炉中，水从30水蒸气的定压过程例：水从30℃

，4MPa,定压加热到450

℃

q=h2-h12Tshs2h1=129.3kJ/kgh2=3330.7kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kg水蒸气的定压过程例：水从30℃，4MPa,定压加热到45水蒸气的绝热过程p12’pvp2不可逆过程：

汽轮机、水泵12可逆过程：

s12

12’q=0水蒸气的绝热过程p12’pvp2不可逆过程：汽轮机、水泵1水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=02’12Ts不可逆过程：

可逆过程：

sp1p2水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=02’12Ts不可逆过程水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=0hs不可逆过程

可逆过程：

sp1p221h1h2h2’2’透平内效率

水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=0hs不可逆过程可逆过水蒸气的定温过程pv实际设备中很少见TCTcT远离饱和线，接近于理想气体水蒸气的定温过程pv实际设备中很少见TCTcT远离饱和线，接水蒸气的定温过程12Tshs122’理想气体

可逆过程：12’水蒸气的定温过程12Tshs122’理想气体可逆过程：12朗肯循环

简单蒸汽动力装置的主要热力设备：蒸汽锅炉、汽轮机、给水泵和冷凝器。

蒸汽动力装置的工作循环可以理想化为由两个可逆定压过程和两个可逆绝热过程组成的理想循环。即