第七章 水蒸汽.ppt

1、第七章 水蒸汽,水蒸气作为工质,最早广泛使用的工质：,容易获得,热力性质适宜,特点：,离液态近，不能视为理想气体!,71 关于水蒸气的几个概念,化学成分均匀一致的物质系统,相,物质内部性质均匀一致的某种聚集体,复相系举例：同一物质的汽液共存系统 (如油水混合物),单元系,由单一成分构成的物质系统,典型单元系举例：1atm，0下，冰、水混合物 1atm，100，水，蒸汽混合物,纯物质,1、单元系相变的一般特征,单元系相变统称为一级相变 相变时体积要发生变化 伴随有相变潜热。,相变时的体积变化和相变潜热的大小与发生相变的具体条件有关,一定压力下，相变潜热一定,1、汽液相变的若干概念,1.汽化（va

2、porization）,物质由液态变为汽态的过程称为汽化。,汽化,蒸发（evaporation）：特指发生在液体表面的汽化过程，可在任何温度下发生。,沸腾（boiling）：汽化在液体内部和表面发生的强烈的气化过程，并产生大量气泡产生。,沸腾过程只在沸点下才会发生。,2.凝结（condensation）,物质由汽态转变为液态的过程称为凝结 。,又称液化现象，是汽化的反过程,3.汽化潜热（latent heat of vaporation）,汽化过程中1kg液态物质（饱和液）完全转变为汽态时所需的热量称为汽化潜热。,1、汽液相变的若干概念,4.饱和（saturation）现象,一定条件下，当液化

3、和汽化过程达到动态的平衡，物质汽液两相的质量各自保持不变时，称这时的系统为饱和状态。,饱和状态下的液体称为饱和液体（saturated liquid）, 蒸汽则称为饱和蒸汽（saturated steam or vapor）.,例如： 处于平衡状态的汽液混合物 沸腾中的液体,1、汽液相变的若干概念,5.饱和蒸汽压,饱和状态下的蒸汽压力，亦即液体沸腾时所产生的气泡中的蒸汽压力称为饱和蒸汽压。,对应一定的温度应有一定的饱和蒸汽压；,饱和蒸汽压随温度的升高而增大,反之：,一定的压力对应一定的饱和温度（ts）；,1、汽液相变的若干概念,2、安德鲁试验,对水在不同的压力下进行定压加热,3、安德鲁试验结果

4、,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,五态,过热蒸汽：一定压力下，温度高于对应饱和温度的蒸汽。或者说：一定温度下，压力低于饱和蒸汽压的蒸汽。,饱和蒸汽：一定压力下，温度等于对应饱和温度的蒸汽。或者说：一定温度下，压力等于饱和蒸汽压的蒸汽。,湿蒸汽：饱和蒸汽与饱和液体的机械混合物。,饱和液体：一定压力下，温度等于对应饱和温度的液体。或者说：一定温度下，压力等于饱和蒸汽压的液体。,未饱和液体：一定

5、压力下，温度低于对应饱和温度的液体。或者说：一定温度下，压力高于饱和蒸汽压的液体。,3、安德鲁试验结果,4、三相点（triple point）,纯物质的汽液固三相平衡共存时的状态称为三相点。,ATtp升化曲线,BTtp溶解曲线,CTtp汽化曲线,A：三相点,ptp = 611.659 Pa,Ttp = 273.16 K,5、临界点,当温度超过一定值tc时，汽相与液相间无差别。 tc称为临界温度，与临界温度相对应的饱和压力pc称为临界压力。,水：tc373.99 ，Pc22.064 MPa,72 水的定压加热汽化过程,1、水的定压汽化三阶段,未饱和水的定压预热阶段ab，发生在液相区,饱和水的定压

6、汽化阶段bd，发生在液 汽两相区,饱和蒸汽的定压过热阶段de，发生在汽相区,2、定压汽化过程的P-v图,I：过冷水区,II：湿蒸气区,III：过热蒸气区,三区：,一点：,临界点C,二线：,1-2-C： 饱和水线,1“-2”-C：饱和蒸气线,五态：,过冷水；饱和水；湿饱和蒸气；干饱和蒸气；过热蒸气,3、定压汽化过程的T-s图,I：过冷水区,II：湿蒸气区,III：过热蒸气区,三区：,一点：,临界点C,二线：,1-2-C： 饱和水线,1“-2”-C：饱和蒸气线,五态：,过冷水；饱和水；湿饱和蒸气；干饱和蒸气；过热蒸气,未饱和水的定压饱和阶段,水的状态,压缩水,压力高于水温对应的饱和压力,过冷水,温

7、度低于水压对应的饱和温度；过冷度,未饱和水,上述两种未达到饱和状态的水的统称,饱和水的定压汽化阶段,汽化潜热,定压汽化过程所需的热量,干度x,mv：饱和蒸气质量,ml：饱和水质量,干饱和蒸汽的定压过热阶段,过热蒸汽及过热度,温度高于所处压力下的饱和温度的蒸汽。这两个温度之差为过热度。,73 水和水蒸汽的状态参数,从水蒸汽图表中查得,按uhpv 计算,1、图表法求状态参数：,p, v, t, h, s, u,2、物性软件,ASME property code,UofO property code,25种流体的全范围物性计算,一、零点的规定,按1963年的第六届国际水蒸汽会议的规定，选定水的三相点

8、，即273.16k的液相水作为基准点。,基准点上的液态水的热力学能和熵为零,u0 =0，s0 = 0,容易证明：,h00,二、温度为0.01oC，压力为p的过冷水,水可以近似看成不可压缩介质：,因为温度 t1 = t0，又有v1 = v0，,压力不高时：,三、温度为t、压力为p的饱和水,设想一个等压过程从 t = 0.01 oC 加热到 t,四、压力为p的干饱和蒸气,3 MPa,临界点,h”,h,g,压力为p，温度为Ts的干饱和蒸气，参数：,汽化潜热：,热力学能的增量,膨胀功,h”，h，和 g 的变化趋势示于图中,五、压力为p的湿饱和蒸气,因为是两相混合物，需用干度x确定其状态,任一比参数y（

9、如u、h、s、v等）可由下式计算：,六、压力为p的过热蒸气,在饱和蒸气的基础上继续加热，即得过热蒸气。,参数满足以下基本关系：,过热度：,过热热量：,74 水蒸气表和图,水蒸汽表：饱和水和干饱和蒸汽表、未饱和水和过热蒸汽表,未饱和水和过热蒸汽表：粗黑线以上为未饱和水，黑线以下为过热蒸汽。,饱和水和干饱和蒸汽表：代表饱和水和干饱和蒸汽。按压力或温度排列。,根据已知条件确定工质的状态，然后查相应的表格。,T-S图,优点：便于循环分析,分为：湿区和过热区；定干度线、定压线等。,缺点：热量和功以面积表示,C,x = 0,x = 1,湿蒸汽区：定压线定温线,二区：,过热蒸汽区,湿蒸汽区,三线：,定压线,

10、定干度线,定温线,粗黑线为界,H-S图,H-S图,优点：用线段的长度表示热量和功；,分为：过热蒸汽区和湿蒸汽区；定压线、定干度线、定温线。 湿蒸汽区：定压线定温线,定压过程热量=焓差；绝热过程技术功=焓差,锅炉蒸气产生,水蒸气在汽轮机中膨胀,74 水蒸气的基本过程,目标：,初态和终态的参数,过程功和热量,依据：,可逆过程,水蒸气的基本过程,1、分析步骤：,根据初态的两个参数（p,t）， （p,x）或（t,x）从表或图中查得其它参数,根据过程特征和一个终态参数确定终态，再从表或图上查得其它参数,根据求得的初、终态参数计算q，w等,水蒸气的基本过程,定容过程（v = const）,w = 0,定压过程（p