水和水蒸气的性质PPT学习教案

1、会计学1 水和水蒸气的性质水和水蒸气的性质 水蒸气水蒸气 在空气中含量极小，当作在空气中含量极小，当作理想气体理想气体 一般情况下，为一般情况下，为实际气体实际气体，使用图表，使用图表 18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质世纪，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、化工的工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质 优点优点: 便宜，易得，无毒，便宜，易得，无毒， 膨胀性能好，传热性能好膨胀性能好，传热性能好 第1页/共45页 物质有三种聚集状态：物质有三种聚集状态：固态固态、液态液态、气态气态 热力学面：热力学面：以以

2、p,v,T表示的物质各种状态表示的物质各种状态 的曲面的曲面 水的三态：水的三态：冰冰、水水、蒸汽蒸汽 第2页/共45页 两相区两相区 单相单相 区区 气 液 固 p v T 六个区：三个单相区、三个两相区六个区：三个单相区、三个两相区 液-气 固-气 固-液 p v T 第3页/共45页 p v 四个线：三个饱和线、一个四个线：三个饱和线、一个三相线三相线 饱和气线 三相线 饱和液线 饱和固线 T 临界点 一个点：一个点：临界点临界点 第4页/共45页 c o c 3 c 22.129MPa 647.30K (374.15 C) m 0.00326 kg p T v 水的临水的临 界点状界点

3、状 态态 饱和液线与饱和气线的交点饱和液线与饱和气线的交点 气液两相共存的气液两相共存的pmax,Tmax 等温线是鞍点等温线是鞍点 c c 2 2 T T 0,0 pp vv 临临 界界 点点 水的三相线水的三相线 tptp 611.2Pa,273.16KpT 第5页/共45页 p p TT 液液 液液 气气 气气 固固 固固 水水一般物质一般物质 三相点三相点 三相点三相点 临界点临界点 临界点临界点 流体流体流体流体 升华线升华线升华线升华线 凝固线凝固线 凝固线凝固线 汽化线汽化线汽化线汽化线 第6页/共45页 没有。没有。t374.16 有有 3. 有没有有没有500C的水的水？ 1

4、. 溜冰冰刀溜冰冰刀 2. 北方冬天晾在外边的衣服，北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相是否经过液相 4. 有没有有没有-3 的蒸汽的蒸汽？ 5. 一密闭容器内有水的汽液混合物，对其一密闭容器内有水的汽液混合物，对其 加热，是否一定能变成蒸汽？加热，是否一定能变成蒸汽？ 第7页/共45页 p p TT 液液 液液 气气 气气 固固 固固 水水一般物质一般物质 三相点三相点 三相点三相点 临界点临界点 临界点临界点 流体流体流体流体 第8页/共45页 p v 饱和气线 三相线 饱和液线 饱和固线 T 临界点 第9页/共45页 锅锅 炉炉 汽轮机汽轮机 发电机发电机 给水泵给水泵 凝凝 汽汽 器器

5、 过热器过热器 因固相不流动，因固相不流动， 更关心汽液两相更关心汽液两相 冰蓄冷冰蓄冷 第10页/共45页 第11页/共45页 ( (气体和液体均处在饱和状态下气体和液体均处在饱和状态下) ) 饱和状态：饱和状态：汽化与凝结的动态平衡汽化与凝结的动态平衡 汽化汽化: 由液态变成气态的物理过程由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化不涉及化学变化) 蒸发：蒸发：汽液表面上的汽化汽液表面上的汽化 第12页/共45页 饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和状态：汽化与凝结的动态平衡 饱和温度饱和温度Ts 饱和压力饱和压力ps 一一对应一一对应 放掉一些水，放掉一些水，Ts不变，不变， ps ？ Ts

6、 ps ps=1.01325bar Ts=100 青藏青藏ps=0.6bar Ts=85.95 高压锅高压锅ps=1.6barTs=113.32 第13页/共45页 p p TT 液液 液液 气气 气气 固固 固固 水水一般物质一般物质 三相点三相点 三相点三相点 临界点临界点 临界点临界点 流体流体流体流体 汽化线汽化线汽化线汽化线 第14页/共45页 t ts v vv = vv = vv v v 未饱和水未饱和水 饱和水饱和水 饱和湿蒸汽饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽饱和干蒸汽 过热蒸汽过热蒸汽 h hh = hh = hh h h s ss = ss = ss s s 水预热水预热汽化汽化过热

7、过热 第15页/共45页 (1) () QUWUpdV Up VUpVH (2) fg 0SSS 只有熵加热时永远增加只有熵加热时永远增加 (3) 理想气体理想气体( )hf T 实际气体汽化时，实际气体汽化时，TTs不变，但不变，但h增加增加 hh 汽化潜热汽化潜热 (4) 未饱和水未饱和水 过冷度过冷度 s ttt 过冷 过冷水过冷水 过热蒸汽过热蒸汽 过热度过热度 s ttt 过热 第16页/共45页 c p c T c T A B C A C B c TT c TT c pp c pp 3 a 3 b 3 d 3 e 3 c 3 a 3 b 3 d 3 e 3 c 2 c 2 a 2

8、b 2 d 2 e 2 c 2 a 2 b 2 d 2 e 1 c 1 a 1 b 1 d 1 e1 c 1 a 1 b 1 d 1 e T s p-v图，图，T-s图上的水蒸气定压加热过程图上的水蒸气定压加热过程 p v c p 一点，二线，三区，五态一点，二线，三区，五态 第17页/共45页 pts v (bar) vs s kJ/(kg.K) 0.0061120.0 1 0.0010002 2 206.17 5 0.09.1562 1.099.63 0.00104341.6946 1.3027 7.3608 5.0151.85 0.00109280.3748 1 1.8604 6.821

9、5 50. 0 263.92 0.00128580.0394 1 2.9209 5.9712 221.29374.15 0.003260.0032 6 4.4294.429 (bar)() bdb d 第18页/共45页 当忽略液体当忽略液体cp变化，变化， 2 1 ln0 qT sc TT ( , )uf T v 0qdupdv 不同的不同的p，液体近似，液体近似不可压，不可压，v不变不变 对每个对每个不变的不变的T 第19页/共45页 状态公理：状态公理：简单可压缩系统，两个独立变简单可压缩系统，两个独立变 量量 未饱和水及过热蒸汽，一般已知未饱和水及过热蒸汽，一般已知p、T即可即可 饱和

10、水和干饱和蒸汽，只需确定饱和水和干饱和蒸汽，只需确定p或或T 湿饱和蒸汽，湿饱和蒸汽， p和和T不独立，汽液两相不独立，汽液两相 1875年，吉布斯提出了年，吉布斯提出了吉布斯相律吉布斯相律 第20页/共45页 1、未饱和水及过热蒸汽、未饱和水及过热蒸汽 确定任意两个独立参数，如：确定任意两个独立参数，如：p、T 2、饱和水和干饱和蒸汽、饱和水和干饱和蒸汽 确定确定p或或T 3、湿饱和蒸汽、湿饱和蒸汽 除除p或或T外，其它参数与两相比例有关外，其它参数与两相比例有关 第21页/共45页 定义定义 干饱和蒸汽干饱和蒸汽 f m x mm v v 干饱和蒸汽质量 湿饱和蒸汽质量 饱和水饱和水 对对

11、干度干度x的说明的说明 ： x = 0 饱和水饱和水x = 1 干饱和蒸汽干饱和蒸汽 0 x 1 在在过冷水过冷水和和过热蒸汽过热蒸汽区域，区域，x无意义无意义 第22页/共45页 如果有如果有1kg湿蒸气，干度为湿蒸气，干度为x, 即有即有 xkg饱和蒸汽，饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。饱和水。 )1 (yxxyy )1 ( )1 ( )1 ( sxxss vxxvv hxxhh yy x yy 已知已知p或或T(h,v,s,h,v,s)+干度干度x h ,v ,s 第23页/共45页 两类两类 2、未饱和水和过热蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表 1、饱和水和干饱和蒸汽饱和水和干饱和蒸汽 表表

12、第24页/共45页 o / Ct KT / a MPp/kgmv/ 3 kgm v / 3 kgkJ h / kgkJ h / )( / Kkg kJs )( / Kkg kJs 01. 0 100 200 300 16.273000611. 0 00100022. 0 175.2060 .2501 000614. 0 0000. 01562. 9 15.373101325. 00010437. 06738. 13 .267606.4193069. 13564. 7 15.4735551. 10011565. 04 .82512714. 04 .27913307. 24289. 6 15.57

13、35917. 80014041. 002162. 04 .13454 .27482559. 37038. 5 kgmv/ 3 kgm v / 3 kgkJ h / kgkJ h / )( / Kkg kJs )( / Kkg kJs o / Ct 982. 6 63.99 88.179 96.310 5 .24840010001. 0208.1298 .251333.291060. 0 2 .22580010434. 06946. 17 .267551.4173027. 1 4 .20140011274. 06 .76219430. 00 .2777 8 .1315 a MPp/ 001. 0

14、 1 . 0 0 . 1 100014526. 001800. 06 .14084 .2724 9756. 8 3608. 7 1382. 25847. 6 3616. 36143. 5 kgkJ r / 第25页/共45页 饱 和 参 数 p a MP01. 0 a MP02. 0 83.45 s t 1505. 86493. 0 4 .258484.191 676.140010102. 0 s s h h v v 09.60 s t 9092. 78321. 0 6 .260946.251 6515. 70010172. 0 s s h h v v tvhsvhs 0 40 80 60 0

15、010002. 00.00001. 00010002. 00 . 00001. 0 5 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 0 8310. 01 .2510010171. 01752. 83 .261134.15 27.163 .26493437. 8119. 88 .26470205. 8 4 .2724052. 95479. 84 .272512.182261. 8120 第26页/共45页 原则上可任取零点，国际上统一规定原则上可任取零点，国际上统一规定 。 但但 原则上不为原则上不为0， 对水：对水： pvuh 3 m 611.2 0.

16、00100022 a pPv kg 00006. 06 . 0 kg kJ kg J pvuh 表依据表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发年第六届国际水和水蒸气会议发 表的国际骨架表编制，尽管表的国际骨架表编制，尽管IFC（国际公式化委（国际公式化委 员会）员会）1967和和1997年先后发表了分段拟合的水和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、熵零点的规定焓、内能、熵零点的规定 ： 0 s0u T16.273水的三相点水的三相点 第27页/共45页 饱 和 参 数 p a MP01. 0 a MP

17、02. 0 83.45 s t 1505. 86493. 0 4 .258484.191 676.140010102. 0 s s h h v v 09.60 s t 9092. 78321. 0 6 .260946.251 6515. 70010172. 0 s s h h v v tvhsvhs 0 40 80 60 0010002. 00.00001. 00010002. 00 . 00001. 0 5 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 0 8310. 01 .2510010171. 01752. 83 .261134.15 27.16

18、3 .26493437. 8119. 88 .26470205. 8 4 .2724052. 95479. 84 .272512.182261. 8120 第28页/共45页 p-v图图（示功图示功图）：面积代表功）：面积代表功 能否用线段表示热和功能否用线段表示热和功 T-s图图（示热图示热图）：面积代表热）：面积代表热 第29页/共45页 （上界线上界线）、饱和液线（）、饱和液线（下下 qTdsdhvdp p 0 h T s C C p 0 h T s C点为分界点，不在极值点上点为分界点，不在极值点上 第30页/共45页 第31页/共45页 气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体气相区：

19、离饱和态越远，越接近于理想气体 两相区：两相区：T、p一一对应，一一对应，T 线即线即 p 线线 在在x=0, x=1之间，从之间，从C点出发的等分线点出发的等分线 同理想气体一样，同理想气体一样， v 线比线比 p 线陡线陡 4、定温线定温线 T 5、等容线等容线 v 6、等干度线等干度线 x 第32页/共45页 第33页/共45页 任务：任务： 确定初终态参数，确定初终态参数， 计算过程中的功和热计算过程中的功和热 在在p-v、T-s、h-s图上表示图上表示 热力过程：热力过程： p s T v 第34页/共45页 第一定律与第二定律表达式均成立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理想气体特有的性质和表达式不能用 t qdhw qduwwpdv t wvdp qTds iso 0ds pvRT ( )uf T ( )hf T 22 p 11 lnln Tp scR Tp pv ccR p 1 k cR k v 1 1 cR k 可逆可逆 第35页/共45页 q = h wt = 0 3 4 2 p v 1 qhvdp 例：例：锅炉中，水从锅炉中，水从30 ，4MPa, 定压加热到定压加热到450 q = h2-h1 ts(4MPa)=250.33 锅炉、换热器锅炉、换热器 第36页/