湖南大学 工程热力学 第七章 水蒸气

1、第七章 水蒸气,Steam,前言,水蒸汽优点：容易获得、热力参数适宜、无污染.,水蒸汽是由液态水经汽化而来的一种气体，它离液态较近，不能把它当作理想气体处理.,本章主要内容：介绍水蒸汽的产生的一般原理，水蒸汽状态参数的确定，水蒸汽图表的结构和应用以及水蒸汽在热力过程中功量和热量的计算.,水蒸汽是人类在热力发动机中最早广泛使用的工质.,7-1 饱和温度和饱和压力,汽化和凝结,汽化：由液态到气态的过程,汽化,蒸发：在水表面进行的汽化过程,沸腾：在水表面及内部进行的强烈汽化过程,凝结：由气相到液相的过程，是汽化的反过程,自由表面（提高温度，增加蒸发面积）封闭容器表面（饱和状态 ts=f(ps)）,几

2、个基本概念,饱和状态：液态水和蒸汽处于动态平衡的状态 饱和蒸汽：处于饱和状态的蒸汽 饱和水： 处于饱和状态的水 饱和温度Ts：达到饱和状态时，汽、液的温度相同，此时的 温度称为饱和温度。 饱和压力Ps：达到饱和状态时蒸汽的压力。 特点：在一定的容积中不能再含有更多的蒸汽，即蒸汽的压力和密度为对应温度下的最大值,达到饱和状态的途径:,Ps与Ts存在一一对应的关系,水的三相图,固态,液态,气态,A,B,C,D,p,t,pc,pA,tA,tc,AB：溶解曲线AC：汽化曲线 AD：升华曲线,三相态: 当压力降低时，AB与AC两线交点A点是固、液、汽三态共存的状态，三相态是汽液共存的最低点也称三相点.,

3、水的三相点: ptp=611.659Pa ttp=0.01 vtp=0.00010021m3/kg,每种物质的三相点的压力和温度是定值.,7-2 水的定压加热汽化过程,一、 水蒸汽的定压发生过程,预热,汽化,过热,过冷水,饱和水,湿饱和蒸汽,干饱和蒸汽,过热蒸汽,液体热ql：由未饱和水加热到饱和状态所需的热量,汽化潜热 ：由饱和水加热到干饱和蒸汽状态所需的热量,过热热qsup：过热过程中蒸汽所吸收的热量,二、水蒸气的p-v图与T-s图,C,C,p,B,B,A,A,p,tc,a0,b0,d0,水,湿蒸气,湿蒸气,pc,s,T,v,过热蒸汽,过热蒸汽,a,b,d,a,b,d,a,b,d,a0,a,

4、b,d,a,b,d,a,b,d,一点：临界点C,两线,饱和液体线,饱和蒸汽线,三区,未饱和液体区,湿饱和蒸汽区,过热蒸汽区,五态,未饱和水状态,饱和水状态,湿饱和蒸汽状态,干饱和蒸汽状态,过热蒸汽状态,三、干 度,定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用x表示.,湿度: y=1x,7-3 水和水蒸气的状态参数,一、零点的规定 规定在三相态时的饱和水的内能和熵为零.参数为： t0=0.01 u0= 0 kJ/kg p0=0.611659 kPa s0=0 kJ/(kg.K) v0=0.00100022 m3/kg h0=u0+p0v00,二、 温度为0.01、压力为p的过冷水v0,u0,h0 同T

5、不同p, v0近似认为相等,即v0 0; 同T同v0, 内能相等,即u0 = u0 0, 从而熵相等, 即s0 0, h0 = u0 +pv0 0,三、温度为ts、压力为p的饱和水 0.01的水在定压p下加热至ts成为饱和水，所需量用q1表示。在T-s图上相当于预热段a0-a下的面积.,水蒸气的T-s图,q1=h-h0h 水的平均比热cpm=4.1868kJ/(kg.K) q1=h=cpm(ts0.01)4.1868ts 随着压力的升高，ts也升高，因而q1也增大。 饱和水的熵s:,注意: 当压力与温度较高时，水的cp变化大，且h0不为零, 因此不能用上式计算，而只能查表.,四、压力为p的干饱

6、和蒸汽 将饱和水继续加热，使之全部汽化成干饱和蒸汽汽化过程中加入的热量称为汽化潜热，用r表示.在T-s图上相当于汽化段a/-a”下面的面积.,r=Ts(s”-s)=h”-h h=h+r u=h-pv s=s+r/Ts,水蒸气的T-s图,五、 压力为p的湿饱和蒸汽 由于饱和压力与饱和温度有对应的函数关系且是不互相独立的参数，所以再加上干度就能确定湿蒸汽的状态.,湿蒸汽的参数为：,vx=xv+(1-x)v=v+x(v-v) vxxv (当p不太大、x不太小时) hx=xh+(1-x)h=h+x(h-h)=h+xr sx=xs+(1-x)s=s+x(s-s)=s+xr/Ts ux=hx-pvx,六、

7、 压力为p的过热蒸汽 定压过热过程中加入的热量称为过热热量. 在T-s图上相当于a -a下的面积.,过热蒸汽的焓,h=h+cpm(t-ts),过热蒸汽的内能,u=hpv,过热蒸汽的熵,7-4 水蒸气表和图,水蒸气表,按温度排列的饱和水与饱和水蒸气表,按压力排列的饱和水与饱和水蒸气表,按压力和温度排列的未饱和水与过热蒸汽表,二、T-S 图,三、水蒸气的h-s图,湿蒸汽区，T=Ts，直线,过热蒸汽区，斜率随T增大而增大,1）定压线群,0,2）定温线群,湿蒸汽区：,直线，与等压线重合,过热蒸汽区：,等温线较等压线平坦，低压时趋于水平.,3）等容线群,4）等干度线,等容线比等压线陡,例 题,7-1 试

8、利用水蒸气表确定 （1）p=1MPa、t=179.88 （2）p=0.8MPa、v=0.22m3/kg时的蒸汽状态.,第四节 水蒸气的基本热力过程,基本热力过程: 定容、定压、定温和绝热.,计算任务： 确定初、终状态参数；计算Q,W,U,计算方法： 查表,一般步骤：,由蒸汽图表的两个初态参数求其它参数,由过程特征及另一个终态参数确定终态,运用热一律和热二律，计算Q,W,一、定压过程,h,s,p,2,1,x1,t1,t2,x=1,水蒸气的定压过程,二、定容过程,h,s,x1,x=1,t1,t2,p1,p2,2,1,v,水蒸气的定容过程,三、定温过程,水蒸气的定温过程,四、绝热过程,可逆绝热过程,作 业,P229： 7-2 7-4,第七章 完,over,例 题,7-1 试利用水蒸气表确定（1）p=1MPa、t=179.88（2）p=0.8MPa、v=0.22m3/kg时的蒸汽状态.,7-2 10kg 130的水蒸气中含有1.5kg的水，试确定水蒸气的状态及其参数。,例 题,7-1 试利用水蒸气表确定（1）p=1MPa、t=179.88（2）p=0.8MPa、v=0.22m3/kg时的蒸汽状态.,7-2 10kg 130的