工程热力学-第四章-水及水蒸气的性质与过程-图文

1、第四章 水和水蒸气的性质,基本要求,掌握有关蒸气的各种术语及其意义。如：汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、饱和液体、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。 了解蒸气定压发生过程及其在p-v图和T-s图上的一点、二线、三区和五态。 了解水蒸气图表的结构，并掌握其应用。 掌握水蒸气热力过程的热量及功量的计算。,水和水蒸气是实际气体的代表,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,18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质,直到内燃机发明，才有燃气工质,目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质,优点: 便宜，易得，无毒， 膨胀性能好，传热性能好,是其它实际气体的代表,注意区分定

2、义,水蒸气,蒸气,蒸汽,Steam,Vapor,汽化方式： 蒸发：汽化过程在液体表面发生 沸腾：汽化过程在液体表面及内部同时发生,汽化与凝结 汽化 物质由液态转变为气态的过程,基本概念,凝结 物质由气态转变为液态的过程。 凝结的速度取决于空间蒸气的压力。,汽化与凝结,基本概念,饱和状态,处于饱和状态的气、液温度相同，称为饱和温度ts，蒸气的压力称为饱和压力ps 饱和蒸气压方程 当达到汽化和凝结速度相等的饱和状态时，饱和温度和压力必存在单值性关系。,ps=1.01325bar,Ts=100 ,青藏ps=0.6bar,Ts=85.95 ,高压锅ps=1.6bar,Ts=113.32 ,饱和温度和饱

3、和压力,9,饱和液(saturated liquid)处于饱和状态的液体： t = ts 干饱和蒸气(dry-saturated vapor; dry vapor ) 处于饱和状态的蒸汽：t = ts 未饱和液(unsaturated liquid) 温度低于所处压力下饱和温度的液体：t ts, t ts = d 称过 热度(degree of superheat)。 湿饱和蒸汽(wet-saturated vapor; wet vapor ) 饱和液和干饱和蒸汽的混合物：t = ts,使未饱和液达饱和状态的途径：,几个名词,纯物质的热力学面及相图,物质三种聚集状态：固态、液态、 气态,热力学

4、面：以p,v,T表示的物质各种状态 的曲面,水的三态：,冰、 水、 水蒸气,水的热力学面,两相区,单相区,气,液,固,六个区：三个单相区、三个两相区,液-气,固-气,固-液,饱和线、三相线和临界点,p,v,四个线：三个饱和线、一个三相线,饱和气线,三相线,饱和液线,饱和固线,T,临界点,一个点：临界点,纯物质的p-T相图,p,p,T,T,液,液,气,气,固,固,水,一般物质,三相点,三相点,流体,流体,临界点 Critical point,水的临界点状态,饱和液线与饱和气线的交点,气液两相共存的pmax,Tmax,临界点,三相点 triple point,思考题,没有。t374.16 ,有,2

5、. 有没有500C的液态水？,1. 北方冬季外面晒得衣服怎么干的？,3. 有没有-3 的蒸气？,4. 一密闭容器内有水的气液混合物，对其 加热，是否一定能变成蒸气？,纯物质的p-T相图,p,T,液,气,固,水,三相点,临界点,流体,水蒸气的定压发生过程,t ts,t = ts,t = ts,t = ts,t ts,v 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,s,p-v图，T-s图上的定压加热过程,一点，二线，三区，五态,一点 临界点

6、 Critical point,两线,上界限线 下界限线,三区,液,汽液共存,汽,五态,未饱和水,饱和水,湿蒸汽,干饱和蒸汽,过热蒸汽,一点，二线，三区，五态,水蒸气定压发生过程说明,(1),(2),(3) 理想气体,实际气体汽化时，TTs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,等压线上饱和态参数,p,ts,v,(m3/kg),v,s,s,kJ/(kg.K),0.006112,0.01,0.00100022,206.175,0.0,9.1562,1.0,99.63,0.0010434,1.6946,1.3027,7.3608,5.0,151.85,0.00

7、10928,0.37481,1.8604,6.8215,50.0,263.92,0.0012858,0.03941,2.9209,5.9712,221.29,374.15,0.00326,0.00326,4.429,4.429,(bar),(),b,d,b,d,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,水的压缩性很小，压缩后升温极微。,各种工质均具有类似水的性质,如 CO2,水和水蒸气状态参数及其图表,未饱和水及过热蒸汽，一般已知p、T即可,饱和水和干饱和蒸汽，只需确定p或T,湿饱和蒸汽， p和T不独立，汽液两相,吉布斯相律,无化学反应时，热力系独

8、立参数数目为,独立强度参数数,组元数,相数,水和水蒸气状态参数确定的原则,1、未饱和水及过热蒸汽,确定任意两个独立参数，如：p、T,2、饱和水和干饱和蒸汽,确定p或T,3、湿饱和蒸汽,除p或T外，其它参数与两相比例有关,两相比例由干度x确定,定义,干饱和蒸气,饱和水,对干度x的说明：,0 x 1,在过冷水和过热蒸气区域，x无意义,Quality,湿饱和蒸气区状态参数的确定,如果有1kg湿蒸气，干度为x, 即有xkg饱和蒸气，(1-x)kg饱和水。,已知p或T(h,v,s,h,v,s)+干度x,h ,v ,s,饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）,饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）,表的出处和零点

9、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,查表举例,查表时先要确定在五态中的哪一态。,例.35 36 p85,查表举例,在一刚性容器内充满p=0.1MPa，t=20的水。由于太阳照射，使其温度升为40,求容器承受的压力。,t=40,等容过程,储液罐很危险，不能装满。,如何在图上表示功和热,p-v图（示功图）：面积代表功,能否用线段表示热和功?,T-

10、s图（示热图）：面积代表热,蒸汽动力循环,定压过程,等熵过程,焓熵图Enthalpy-entropy diagram,h,s,C,x=1,x=0,Mollier diagram,焓熵图Enthalpy-entropy diagram,h,s,C,x=1,x=0,斜率,定压线 定温线 定容线 定干度线,焓 熵 图,1）定压线群,湿蒸汽区，T = Ts，直线,过热蒸汽区，斜率随T增大而增大,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。,体积膨胀系数,3）等容线群,4）等干度线,等容线比等压线陡,等熵条件,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,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,水蒸气的定压(Isobaric)过程,q = h wt = 0,3,4,2,1,例：锅炉中，水从30 ，4MPa, 定压加热到450 ，需要多少热量？,q = h2-h1,ts(4MPa)=250.33,锅炉、换热器,水蒸气的定压过程,例：水从30 ，4MPa, 定压加热到450 ,q = h2-h1,2,T,s,h,s,2,h1 = 129.3 kJ/kg h2 = 3330.7 kJ/kg,h2,h1,1,3,4,1,