第七章-水蒸汽

第七章水蒸汽1、工质易获得、不污染环境、应用广泛一、学习的意义及任务发电供热吸收制冷2、其热力性质有代表性３、h、u、p、v、t等参数求解不能按理想气体处理二、几个概念汽化——液相变气相的过程，汽化速度取决于液体的温度凝结——气相变液相的过程，凝结速度取决于蒸汽的分压力蒸发——在液体表面进行的汽化过程。沸腾——在液体表面及内部同时进行的汽化过程饱和状态——在密闭容器内，当汽化速度与凝结速度相等时的状态。饱和参数——达饱和状态时的参数。如Ps、Ts。Ps与Ts是单调增的关系，即f(ps)=f(ts)饱和蒸汽——达饱和状态时的蒸汽饱和液体——达饱和状态时的液体三、水蒸汽的定压生成过程1、水蒸气的定压生成过程2、汽化潜热(r)——在某一压力下，饱和液体定压加热成干饱和蒸汽所吸收的热量。单位：(kJ/kg)未饱和水饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽过热水蒸汽四、水蒸汽的p-v图和T-s图

1、p-v图和T-s图的绘制方法

将0.01ºC的纯水，在某一压力下定压加热，使之由未饱和水变为过热蒸汽，并且记录下不同温度时的v（尤其关注饱和湿蒸汽的始、终点）热量Q等，便可在p-v图和T-s图上得到一条等压曲线。例如图中曲线1º1’11’’。线。

改变压力，重复上面的过程便得到一系列这样的曲线如2º2’22’’等。

将这些不同压力下的饱和水状态点（下饱和点）联结，再将不同压力下的干饱和蒸汽点（上饱和点）联结，便得到p-v图上的曲线1’C1’’。

C点——临界点（任何物质其临界点是唯一的）。CA线——饱和液态线（下界线）CB线——干饱和蒸汽线（上界线）。将有关参数整理也可在T-s图上绘出不同压力下的一系列曲vs2010AC2010CpTⅠⅢⅢⅠⅡⅡABB2、几个问题的解释①在p-v图上，1º2º……为什么近似在一条等容线上？

答：因为液体几乎是不可压缩的，因此不同压力下处于0ºC的水的比容几乎是相等的。②p-v图上，饱和液线的斜率为什么是正的？答：当压力增大时，对比容产生两方面的相反的影响，一方面P增大，V减小；另一方面，P增大导致Ts增大，从而导致Vs增大，由于液体的V对温度较压力更敏感，因此综合效果是Ps增大导致V增大，故饱和液线的斜率总是正的。③p-v图上，饱和汽线的斜率为什么是负的？答：当压力增大时，对比容产生两方面的相反的影响，一方面P增大，V减小；另一方面，P增大，Ts增大导致V增大。由于气体的P对V较温度的变化更敏感，因此综合效果是Ps增大导致Vs减小，故饱和汽线的斜率总是负的。3、p-v图上的一点，二线，三区，五状态由于饱和液线的斜率为正，饱和汽线的斜率为负，因此，压力增至某一值Pc时,两线将交于一点C，这点叫临界点，此点的参数称作临界参数Pc、Tc、Vc

对于水：

ＰＣ＝22.115ＭＰa；tc=374.12℃这两线（饱和液线CA，饱和汽线CB）一点（临界点C）将p-v图分成三区，水便有五中状态。三区：未饱和液体区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区;五状态：未饱和液体、饱和液体、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽.湿饱和蒸汽中所含的干饱和蒸汽的质量成分，即

（1-x）则是饱和水的质量成分4、湿蒸汽的干度x五、水蒸气的表的使用

由于水蒸气不能视为理想气体，故有关理想气体的状态方程均不能使用，为工程上使用方便，将水蒸气的状态参数制成图表。1963年第六届国际水和水蒸气会议决定，将纯水的三相点作为基点，并规定此点的u’=0，s’=0

。由于纯水的三相点是唯一的，且国际上均选用这个零点，故各国绘制的图表就可以通用，便于国际交流。1.水蒸汽表及图中零点的规定水的三相点参数为：根据焓的定义,可求出焓所以工程上认为三相点液相水的焓取零已足够准确。２.水蒸汽表的使用由于规定了零点，故不同压力、温度时的u，h,，s值便是唯一确定的.①水蒸气表的编排

a）按温度编排，见附表1b）按压力编排，见附表2c)按温度编排，见附表3查未饱和水及过热水蒸气参数

查饱和参数用附表3，查取时需同时知道p,t方可确定其他状态参数(粗实线以上为未饱和水，粗实线以下为过热蒸汽)hx=h’(1-x)+h’’xSx

=s’(1-x)+s’’xvx

=v’(1-x)+v’’x各种表中均未给出u的值，它必须通过公式u=h-pv进行计算用表1，表2只需知道Ps、Ts中一个便可读得其余所有装状态参数如v’,v’’,h’,h’’,rS’,s’’等②饱和参数的查取③未饱和及过热状态参数的确定④湿蒸汽区v,h,s的确定此区域不能直接自任何表中读出，需由ps或Ts及干度x进行计算。其公式为：⑤内能的确定u３.使用举例例１饱和蒸汽的温度为ts=130℃，求ps，v’，v’’，h’，h’’，r，s’，s’’。则：h=h’（1-x）+h”xv=v’（1-x）+v”xs=s’（1-x）+s”xu=h-pv求解时查附表1即可。求解时查附表2即可。例３求t=130℃，x=0.3的湿饱和蒸汽的h、v、u、s值解：查附表1得：h’、h’’、v’、v’’、s’、s’’、ps例２求0.9MPa下干饱和蒸汽的参数。解：查附表3知:此时水为过热蒸汽，且

h=3704.5kJ/kgs=9.0979kJ/kg

v=4.028m3/kg例４确定t=600℃p=0.1MPa时水的状态，并求h,s,u所以u=h-pv=3704.5-100x4.028=3301.7kJ/kg六、水蒸汽h-s图的使用1.编排如图X=0.1hx＝１X=0.9STvp2.使用过热区由p，v，T中两个参数直接查取出其他参数两相区中由p，v，T之一及x两个参数直接查取其他的参数

①能量方程

②u=h-pv③δw=pdv

④δwt=-vdp

⑤q=h2-h13.基本处理方法作业：7-3、7-4、7-7、7-10七、水蒸汽的基本热力过程及q，△u，w、wt的计算

1.

定压过程（沿等压线走）定压过程

2.定容过程（沿等容线走）

定容过程

3、定温过程（沿等温线）

定温过程注意：对于实际气体，温度相等的过程，内能和焓却未必相等

4、绝热可逆过程（沿等熵线）

绝热可逆过程

例1

某蒸汽机，进口状态为：t=550℃，p1=10MPa，m=10kg/s,排气压力p2=0.012MPa。求:（1）蒸汽机的等熵轴功率Ns为多少？（2）排汽温度为50℃时的轴功率N为多少？（汽机为绝热过程）

（3）绝热效率为多少？hs12BP1P2h1hBh2过点1作等熵线与p2交于点2，查点2得：h2=2540kJ/kg

解：由t1、p1及tB、p2查h-s图得：

h1=3580kJ/kg,

hB=2700kJ/kg,hs12BP1P2h1hBh2(3)绝热效率为:则：Wts=(h1-h2)-q=h1-h2=3580-2540=1040kJ/kg（1）等熵轴功率为:Ns=Wts×m=1.04×10=104Mw（2）实际轴功率为:

N=Wt×m=0.88×10=88MwWt=(h1-hB)-q=h1-hB=3580-2700=880kJ/kg八、水的相图及三相点

前面讲过，水汽化时，有Ps=f(Ts)的关系，它可用水的相图表示，固体在一定压力下吸收热量时发生如下现象:ppTT液液气气固固a)凝固时体积膨胀的物质（如水）b)凝固时体积缩小的物体（如CO2）三相点临界点临界点流体流体1、相图结构BCADDCBAppTT液液气气固固a)凝固时体积膨胀的物质（如水）b)凝固时体积缩小的物体（如CO2）三相点临界点临界点流体流体BCADDCBAA点——三相点.(注：A点在书中两处应用)①热力学温度基准：273.16K②水蒸气表中三相点：u’=0s’=0C点——临界点

三相平衡线：

AB线——固液两相共存状态溶解曲线

AC线——液汽两相共存状态汽化曲线

AD线——固汽平衡曲线升华曲线凝固时体积膨胀的物质pT液气固临界点流体BCAD2.相图中几个注意的问题的解释原因：如物质凝固时体积增大，那么当压强增大时液体就更容易凝固，就要更低的温度，所以p增大t减小故在p-t图上斜率为负

原因：液变汽的过程，比容均为增大的过程，故压强增大，温度增大，因此在p-t图上，斜率为正。原因：此季节空气干燥，空气中水蒸气分压力Ps<0.6112KPa（三相点压力）气温又在接近0ºC的范围。因此在夜晚温度稍有下降时，水蒸气就由气态越过汽固线AD变为固体冰，这便是原因，此现象叫做凝华。

作业：7-117-12

①为什么a图中AB线的斜率为负，而b图中为正②在两图中AC线的斜率为何均为正？③秋冬之交季节，为何出现霜冻？④冬天玻璃上的窗花是怎样形成的？⑤有无-1ºC的水蒸汽或水？总结本章重点：一、基本