第9章-水蒸气2讲解课件

第九章水蒸气性质和蒸汽动力循环第九章水蒸气性质和蒸汽动力循环内容要求:掌握水蒸气的定压产生过程；分析确定水蒸气的状态；了解水蒸气的热力过程；掌握蒸汽热力性质图表的结构和应用内容要求:

蒸气：泛指刚刚脱离液态或比较接近液态的气态物质。是一种实际气体。

常用蒸气：水蒸气，氨蒸气，氟里昂蒸气。

水蒸气特点：人类在热力发动机中最早广泛使用的工质。来源丰富，无毒无味，比热容大，传热好，有良好的膨胀和载热性能，不污染环境。

热工计算：不能按理想气体处理。状态方程式，比热的函数关系以及有关热工计算的经验公式都比较复杂。采用查图查表方法——蒸气的热力性质图表。蒸气：泛指刚刚脱离液态或比较接近液态的常用蒸气：水蒸气，9—1水蒸气的产生过程1.汽化(vaporation)

：物质由液态转变为气态的过程。汽化的方式有两种：蒸发和沸腾。

9-1-1

基本概念2.液化(liquefaction)

：物质由气态转变为液态的过程（凝结）。3.蒸发(boil-off)

：在液体表面较缓慢地进行的汽化过程。

蒸发可以在任何温度下进行。特点9—1水蒸气的产生过程1.汽化(vapora

蒸发速度取决于液体的性质，液体的温度，蒸发表面积和液面上气流速度。4.沸腾(boiling):

在特定的温度下发生，在液体内部和表面同时进行的强烈的汽化过程。

沸腾的温度与液体所受的压力有关。特点

沸点(boilingpoint)：在某一压力下，液体沸腾时的温度。与液体的性质有关。同种液体，沸点还随压力的升高而增大。沸腾状态的水总是烫手的。蒸发速度取决于液体的性质，液体的温度，4.沸腾5.饱和状态(saturationstate)

：气液两相处于动态平衡的状态。饱和液体(saturatedliquid)：饱和状态下的液体；饱和蒸气(saturatedvapor)：饱和状态下的蒸气；饱和温度和饱和压力：

特点：（1）汽液共存；（2）汽液同温；（3）饱和压力随饱和温度的升高而增大，两者一一对应。5.饱和状态(saturationstate)6.湿饱和蒸汽(wetvapor)：

是饱和蒸汽与饱和液体的混合物．二者处于两相平衡。7.干饱和蒸汽：不含有液体的饱和蒸汽。8.过热蒸汽(superheatedvapor)

；在一定压力下，温度大于饱和温度时的蒸汽。过热度：过热蒸汽温度t–饱和蒸汽温度ts。9.过冷液体(subcooledliquid)

：

在一定压力下，温度低于相应饱和温度的液体。过冷度：饱和蒸汽温度ts

–过冷液体温度t。6.湿饱和蒸汽(wetvapor)：7.

9-1-2水蒸气的定压产生过程活塞式汽缸中水蒸气的定压产生过程。分析假设：汽缸中有1kg，初温为0ºC的水，水面上有一个可以移动的活塞，施加一定的压力p（不同实验序号下维持恒定压力），在容器底部对水加热。p加热9-1-2水蒸气的定压产生过程活塞式汽缸中水蒸气的定压1.水蒸气产生过程的三个阶段p加热p加热p加热p加热p加热未饱和水

湿饱和蒸汽干饱和蒸汽

过热蒸汽

饱和水水定压预热饱和水定压汽化干蒸汽定压过热1.水蒸气产生过程的三个阶段p加热p加热p加热p加热吸热，温度升高，比体积略增

水定压预热：

未饱和水

饱和水

参数：ps，ts

，v’，h’，s’吸热，温度升高，比体积略增水定压预热：未饱和水

饱和水定压汽化继续加热，水开始汽化，饱和温度不变，比体积增大，水量逐渐减少，汽量逐渐增加

参数：ps，ts，

vx，hx，sx继续加热，温度不变，比体积增大，至汽缸中的最后一滴水变成蒸汽

参数：ps，ts，v”，h”，s”

参数：ps，ts

，v’，h’，s’

湿饱和蒸汽

干饱和蒸汽

饱和水饱和水定压汽化继续加热，水开始汽化，饱和温度不变，参数

干蒸汽定压过热

干饱和蒸汽

过热蒸汽继续加热，比体积继续增大，蒸汽温度开始上升，温度大于相应压力下的饱和温度

参数：ps，ts，v”，h”，s”干蒸汽定压过热干饱和蒸汽过热蒸汽继续加热，比体2.水蒸气定压形成过程在p-v图和T-s图表示

abcdep预热汽化过热

vv’vxv”vvTsabcdes’sxs”s

某一压力下2.水蒸气定压形成过程在p-v图和T-s图表示a3.水蒸气定压形成过程的能量关系（1）未饱和水的定压预热阶段液体热用焓差表示（2）饱和水的定压（定温）汽化阶段用汽化潜热表示：或用熵来计算汽化潜热：

Tsabcdes’sxs”sTS3.水蒸气定压形成过程的能量关系（1）未饱和水的定压表示湿蒸汽的干燥程度；饱和水x=0，干饱和蒸汽x=1;汽轮机运行时，干度规定x=0.86-0.88

干度(quality)

：湿蒸汽中所含有的干饱和蒸汽的质量分数。说明

Tsabcdes’sxs”sTS表示湿蒸汽的干燥程度；干度(quality)：说明T

（3）干饱和蒸汽的定压过热阶段

水蒸气定压产生过程中所需的热量：过热热量(heatofsuperheating)

用焓差表示：

Tsabcdes’sxs”s（3）干饱和蒸汽的定压过热阶段水蒸气定压产生过程中所需的

9-1-3不同压力下水蒸气定压形成过程的

p-v图和T-s图a1a2a3a4b4b2b3b1d4d3d2d1e4e3e2e1CTcrTABpcr0svppcra1a2a3a4b1e1d1b4b3b2d4d3d2e4e3e2BCATcr09-1-3不同压力下水蒸气定压形成过程的a1a2a3a临界点(criticalpoint)下临界线(saturationliquidline)：不同压力下饱和水状态上临界线(saturationvaporline)：不同压力下干饱和蒸汽状态液相区(liquidregion)汽液两相区(liquid-vaporregion)汽相区(vaporregion)未饱和水，饱和水，湿饱和蒸汽，干饱和蒸汽，过热蒸汽2线3区5态1点是否有400ºC的水？0ºC或-10ºC的水蒸气临界点(criticalpoint)下临界线(sat水的p-T相图pT液气固水三相点临界点超流体升华线凝固线汽化线abcd超过临界温度没有液体。

超过临界压力，定压加热过程不存在气化段。（水由不饱和直接到过热）Pt图上饱和水的定压吸热过程为一点（c)。（定温过程）

低于三相点压力没有液体。饱和温度和饱和压力一一对应。水的p-T相图pT液气固水三相点临界点超流体升华线凝固线汽化9—2

水蒸气的状态参数

9-2-1零点的规定：

理想气体和实际气体的不同比较选择水的三相点（273.16K）的液相水为基准点。规定该状态下，液相水的热力学能和熵为零。即：焓：9—2水蒸气的状态参数9-2-1零点的规定：

9-2-2水与水蒸气表(steamtablesforwater)饱和水与饱和水蒸气的热力性质表（附表5，6）未饱和水与过热水蒸气的热力性质表（附表7）

按温度排列（附表5）按压力排列（附表6）

粗黑线上方：未饱和水参数粗黑线下方：过热水蒸气参数两种9-2-2水与水蒸气表(steamtables饱和水与饱和水蒸气的热力性质表——温度排序饱和水与饱和水蒸气的热力性质表——温度排序饱和水与饱和水蒸气的热力性质表——压力排序饱和水与饱和水蒸气的热力性质表——压力排序1.饱和水和饱和水蒸气

压力温度

比体积比焓汽化潜热比熵液体蒸汽液体蒸汽液体蒸汽ptv’v‘’h’h’’γs’s’’0.00106.94910.0010001129.18529.212513.292484.10.10568.9735压力ps或温度ts饱和水：已知ps/ts，确定v’,h’,s’,u’=h’-psv’饱和水蒸气：已知ps/ts，确定v’’,h’’,s’’,u”=h”-psv”1.饱和水和饱和水蒸气压力温度比体积比焓汽化潜热比2.湿饱和蒸汽

压力温度

比体积比焓汽化潜热比熵液体蒸汽液体蒸汽液体蒸汽ptv’v‘’h’h’’γs’s’’0.00106.94910.0010001129.18529.212513.292484.10.10568.9735压力ps/温度ts，干度x湿饱和蒸汽2.湿饱和蒸汽压力温度比体积比焓汽化潜热比熵液体蒸未饱和水与过热水蒸气的热力性质表未饱和水与过热水蒸气的热力性质表2.未饱和水与过热水蒸气压力p,和温度t8.34222648.916.2688.66392649.732.5669.40802650.3162.956808.23132610.815.3368.55372611.830.7129.29842612.7153.717600.5723167.510.00100798.43662574.028.8549.18232575.2144.475400.296383.870.00100180.296383.870.00100189.05882537.7135.226200.151042.010.00100030.151042.010.00100038.99382519.0130.59810-0.0002-0.040.0010002-0.0002-0050.0010002-0.0002-0.050.0010020shvshvshv温度t0.010MPa0.005MPa0.001MPa压力p2.未饱和水与过热水蒸气压力p,和温度t8.34222利用水蒸气表，确定下列各点的状态（1）t=45ºC,v=0.00100993m3/kg;

（2）t=200ºC,x=0.9;

（3）p=0.5MPa,t=165ºC;

（4）p=0.5MPa,v=0.545m3/kg例题利用水蒸气表，确定下列各点的状态例题结论判断工质所处状态

已知（p,t）查饱和蒸汽图表，确定蒸汽状态。未饱和液体状态饱和状态，还需再给定干度x过热蒸汽状态

若已知p(或t),及某一比参数v,h,s,

先查饱和蒸汽表,确定蒸汽状态。未饱和液体状态饱和状态过热蒸汽状态再查未饱和水和过热蒸汽表确定参数结论判断工质所处状态已知（p,t）查饱和蒸汽图表，确定蒸思考题1.临界点时，饱和液体的焓等于干饱和蒸汽的焓。2.某液体的温度为T，若其压力大于T对应的饱和压力，则该液体一定处于未饱和液体状态。3.干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为（）。4.知道了温度和压力，就可以确定水蒸气的状态。5.水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W。Tps(T)实际气体

过热蒸汽思考题1.临界点时，饱和液体的焓等于干饱和蒸汽的焓。Tpssp-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程一点，二线，三区，五态sp-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程一点，二线，三区，

水蒸气焓熵图hsCx=1x=0pvTx水蒸气焓熵图hsCx=1x=0pvTx水蒸气的绝热过程汽轮机q=02’12Ts不可逆过程：

可逆过程：

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

可逆过程：

sp1p221h1h2h2’2’内效率

水蒸气的绝热过程汽轮机q=0hs不可逆过程可逆过程：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12Ts可逆过程：水蒸气的定温过程12Ts可逆过程：水蒸气的定容过程实际设备中不常见12pv水蒸气的定容过程实际设备中不常见12pv水蒸气的定容过程1TshspT212vpv水蒸气的定容过程1TshspT212vpv2023/9/1739热机：将热能转换为机械能的

设备。

热机的工作循环称为动力循环。动力循环：蒸汽动力循环燃气动力循环9-3

基本的蒸汽动力循环—朗肯循环2023/8/639热机：将热能转换为机械能的

2023/9/1740水蒸汽的卡诺循环局限：(1)热效率低。(2)干度小。(3)压缩过程很难稳定。4321Ts2023/8/640水蒸汽的卡诺循环局限：(1)热效率低2023/9/1741水蒸气动力循环系统的简化锅炉汽轮机给水泵凝汽器朗肯循环1234简化（理想化）：1

2汽轮机s

膨胀2

3凝汽器p

放热3

4给水泵s

压缩41

锅炉p

吸热2023/8/641水蒸气动力循环系统的简化锅汽轮机给水泵凝2023/9/17421342pv朗肯循环pv图1

2汽轮机s

膨胀2

3凝汽器p

放热3

4给水泵s

压缩41

锅炉p

吸热2023/8/6421342pv朗肯循环pv图12汽轮2023/9/1743hs1324朗肯循环Ts和hs图4321Ts1

2汽轮机s

膨胀2

3凝汽器p

放热3

4给水泵s

压缩41

锅炉p

吸热2023/8/643hs1324朗肯循环Ts和hs图43212023/9/1744朗肯循环功和热的计算

汽轮机作功：凝汽器中的定压放热量：水泵绝热压缩耗功：锅炉中的定压吸热量：4321Ts2023/8/644朗肯循环功和热的计算汽轮机作功：凝汽器2023/9/1745朗肯循环热效率的计算

一般很小，占0.8~1%，忽略泵功

4321Ts2023/8/645朗肯循环热效率的计算一般很小，占0.82023/9/1746sp1,t1,p2654321如何提高朗肯循环的热效率影响热效率的参数？T2023/8/646sp1,t1,p2654321如何提2023/9/1747sT6543219-4

蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响t1,p2不变，p1优点：

，汽轮机出口尺寸小缺点：

P1

对强度要求高

不利于汽轮机安全。一般要求出口干度大于0.85~0.88初始压力的影响2023/8/647sT6543219-4蒸汽参数对朗肯循2023/9/1748sT654321蒸汽初温的影响优点：

，有利于汽机安全。缺点：

对耐热及强度要求高，目前最高初温一般在550℃左右汽机出口尺寸大p1,p2不变，t12023/8/648sT654321蒸汽初温的影响优点：缺点2023/9/1749sT654321乏汽压力的影响优点：

缺点：受环境温度限制，现在大型机组p2为0.0035~0.005MPa，相应的饱和温度约为27~33℃

，已接近事实上可能达到的最低限度。冬天热效率高p1,t1不变，p22023/8/649sT654321乏汽压力的影响优点：缺点2023/9/17509-5

蒸汽再热循环再热循环的提出定义将高温高压的过热蒸汽引入汽轮机的高压部分做功；将做功后降温降压的蒸汽全部抽出引回到锅炉的再热器中吸热，而使其温度提高；再将温度升高后的过热蒸汽引入汽轮机的中、低压部分继续做功，直至膨胀到排汽压力，排入凝汽器中。在原来朗肯循环的基础上，引入再热过程，就称为再热循环。目的

(1)提高汽轮机的排汽干度；(2)提高循环的热效率。2023/8/6509-5蒸汽再热循环再热循环的提出2023/9/1751Ts65431b2023/8/651Ts65431b2023/9/1752蒸汽再热循环的热效率

再热循环本身不一定提高循环热效率

与再热压力有关

x2降低,给提高初压创造了条件，选取再热压力合适，一般采用一次再热可使热效率提高2％～3.5％。Ts65431b2023/8/652蒸汽再热循环的热效率再热循环本身不2023/9/1753蒸汽再热循环的实践

再热压力pb=pa0.2~0.3p1

p1<10MPa，一般不采用再热

我国常见机组，10、12.5、20、30万机组，p1>13.5MPa，一次再热

超临界机组，t1>600℃，p1>25MPa，二次再热2023/8/653蒸汽再热循环的实践再热压力p2023/9/1754蒸汽再热循环的定量计算吸热量：放热量：净功（忽略泵功）：热效率：Ts65431b2023/8/654蒸汽再热循环的定量计算吸热量：放热量：净2023/9/17559-6

抽汽回热循环回热循环的提出定义对于朗肯循环，其循环热效率较低的原因之一是工质的吸热平均温度不高。虽然，通过提高进汽参数，如提高进汽温度和压力，可以提高吸热平均温度，进而提高循环的热效率，但由于受水蒸汽的热力性质和热设备材料性能的限制，吸热的上限温度不能提高得很多。因此，如果提高吸热的下限温度，吸热平均温度也将会提高，进而使循环热效率提高。目的提高循环的热效率2023/8/6559-6抽汽回热循环回热循环的提出2023/9/1756蒸汽抽汽回热循环(1-

)kg

kg65as43211kgTa

kg4(1-

)kg51kg由于T-s图上各点质量不同，面积不再直接代表热和功2023/8/656蒸汽抽汽回热循环(1-)kgkg2023/9/1757回热循环的抽汽量计算以混合式回热器为例热一律忽略泵功(1-

)kg

kg65as43211kgTa

kg4(1-

)kg51kg2023/8/657回热循环的抽汽量计算以混合式回热器为例热2023/9/1758回热循环热效率的计算吸热量：放热量：净功：热效