工程热力学基础第六章

1、作作 业业6-36-56-7第六章第六章 水蒸气水蒸气Water Vapor水蒸气是实际气体的代表水蒸气是实际气体的代表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，传热性能好是其它实际气体的代表是其它实际气体的代表本章主要内容本章主要内容1.

2、实际工质的物性实际工质的物性3. 水蒸气的图表及性质计算水蒸气的图表及性质计算4. 水蒸气热力过程水蒸气热力过程2. 水蒸气的产生过程水蒸气的产生过程水蒸水蒸气气蒸气蒸气蒸蒸汽汽SteamVaporWater Vapor 6-1 6-1 纯物质的热力学面纯物质的热力学面物质三种聚集状态：物质三种聚集状态：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Pure substance Solid Liquid Gas Ice Water Steam 水的热力学面水的热力学面两相区两相区单相

3、区单相区气液固pvT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pvT饱和线、三相线和临界点饱和线、三相线和临界点pv四个线：三个饱和线、一个三相线四个线：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：临界点一个点：临界点tptp611.2Pa,273.16KpTSaturation lineTriple line临界点临界点Critical pointcoc3c22.129MPa647.30K (374.15 C)m0.00326kgpTv水的水的临界临界点状点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

4、共存的pmax,Tmax等温线是鞍点等温线是鞍点cc22TT0,0ppvv临临界界点点热力学方面获诺贝尔奖的科学家热力学方面获诺贝尔奖的科学家（6） K.G.威尔逊威尔逊 Kenneth G. Wilson (1936-) 美国美国 临界重整化群理临界重整化群理论论 1982年诺贝尔物年诺贝尔物理奖理奖汽相和液相汽相和液相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6-2 6-2 汽化与饱和汽化与饱和沸腾：沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化表面和液体内部同时发生的汽化( (气体和液体均处在饱和状态下气体

5、和液体均处在饱和状态下) )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 BoilVaporization饱和状态饱和状态Saturation state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？Tspsps=1.01325barTs=100 青藏青藏ps=0.6barTs=85.95 高压锅高压锅ps=1.6barTs=113.32 Saturation temperatureS

6、aturation pressure纯物质的纯物质的p p- -T T相图相图ppTT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6-3 6-3 水蒸气的定压发生过程水蒸气的定压发生过程t tsv = 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 hs ss = ss = ss s s水预热水预热汽化汽化过热过热水蒸气定压发生过程说明水蒸气定压发生过程说明(1)()QUWUpdVUpVUpVH (2)f

7、g0SSS (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sttt过冷过冷水过冷水过热蒸汽过热蒸汽过热度过热度sttt过热只有熵加热时永远增加只有熵加热时永远增加cpcTcTABCACBcTTcTT cppcpp3a3b3d3e3c3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e2c2a2b2d2e1c1a1b1d1e1c1a1b1d1eTsp-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pvcp一点，二线，三区，五态一点，二线，三区，五态临界临界点，饱和水线和饱和汽线，

8、点，饱和水线和饱和汽线，过冷水、湿蒸汽、过热蒸汽三区，过冷水、湿蒸汽、过热蒸汽三区，过冷水、饱和水、湿蒸汽、饱和蒸汽、过热蒸汽过冷水、饱和水、湿蒸汽、饱和蒸汽、过热蒸汽等压线上饱和态参数等压线上饱和态参数ptsv(m3/kg)vsskJ/(kg.K)0.0061120.01 0.00100022 206.1750.09.15621.099.63 0.00104341.6946 1.3027 7.36085.0151.85 0.00109280.374811.8604 6.821550.0263.92 0.00128580.03941 2.9209 5.9712221.29374.15 0.00

9、3260.00326 4.4294.429(bar)()bdbd6-4 6-4 水蒸气状态参数及其图表水蒸气状态参数及其图表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、T2、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T3、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两相比例由两相比例由干度干度x确定确定定义定义干饱和蒸汽干饱和蒸汽fmxmmvv干饱和蒸汽质量湿饱和蒸汽质量饱和水饱和水对对干度干度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

10、冷水和和过热蒸汽过热蒸汽区域，区域，x无意义无意义Quality湿饱和蒸汽区状态参数湿饱和蒸汽区状态参数的确定的确定 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 (sxxssvxxvvhxxhhyyxyy已知已知p或或T(h,v,s,h,v,s)+干度干度xh ,v ,s水和水蒸气表水和水蒸气表两类两类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表饱和水和干饱和蒸汽表o/ Ct/KT/MPapkgmv/ 3kgmv/3kgkJh/kgkJh/(K )skJkg

11、/(K)skJkg 01. 010020030016.273000611. 000100022. 0175.2060 .2501000614. 00000. 01562. 915.373101325. 00010437. 06738. 13 .267606.4193069. 13564. 715.4735551. 10011565. 04 .82512714. 04 .27913307. 24289. 615.5735917. 80014041. 002162. 04 .13454 .27482559. 37038. 5kgmv/ 3kgmv/3kgkJh/kgkJh/(K )skJkg /(

12、K)skJkg o/ Ct982. 663.9988.17996.3105 .24840010001. 0208.1298 .251333.291060. 02 .22580010434. 06946. 17 .267551.4173027. 14 .20140011274. 06 .76219430. 00 .27778 .1315/MPap001. 01 . 00 . 1100014526. 001800. 06 .14084 .27249756. 83608. 71382. 25847. 63616. 36143. 5kgkJr/饱和参数p0.01MPa0.02MPa83.45st150

13、5. 86493. 04 .258484.191676.140010102. 0 s sh hv v09.60st9092. 78321. 06 .260946.2516515. 70010172. 0 s sh hv vtvhsvhs04080600010002. 00.00001. 00010002. 00 . 00001. 05 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 08310. 01 .2510010171. 01752. 83 .261134.1527.163 .26493437. 8119. 88 .26470205. 84 .272

14、4052. 95479. 84 .272512.182261. 8120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： pvuh3m611.2Pa 0.00100022pvkg00006. 06 . 0kgkJkgJpvuh 表依据表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表的年第六届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编制，尽管国际骨架表编制，尽管IFC（国际公式化委员会）（国际公式化委员会）1967、1997和和2005年先后发表了分段拟合的水和水蒸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。气热力性

15、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查参数举例（查参数举例（1 1）例例.1 已知已知 ：p=1MPa,试确定试确定t =100, 200,各处于哪个状态各处于哪个状态, 各自各自h是多少？是多少？ts(p) = 179.88t =100 ts, 过热蒸汽过热蒸汽h=2828.3kJ/kg查参数举例（查参数举例（2 2）已知已知 t=250, 5kg 蒸汽占有蒸汽占有0.2m3容积容积, 试试问蒸汽所处状态问蒸汽所处状态? h=?30.2m0.04kg5v 30.0012517mvkgt=250 , 30

16、.05008mvkgvvv湿蒸汽状态湿蒸汽状态查参数举例（查参数举例（2 2）已知已知 t=250, 5kg 蒸气占有蒸气占有0.2m3容积容积, 试试问蒸气所处状态问蒸气所处状态? h=?t=250 , 湿蒸汽状态湿蒸汽状态kJkJ1085.8 2800.9kgkghhkJ (1) 2446.84 kghxhx h0.040.00125170.790.050080.0012517vvxvv查参数举例（查参数举例（3 3） 在一刚性容器内充满在一刚性容器内充满p=0.1MPa，t=20的的水。由于水。由于太阳照射太阳照射，使其温度升为，使其温度升为40,求容器求容器承受的压力。承受的压力。p=

17、0.1MPat=203m 0.0010018 kgv t=40 14.0MPap 等容过程等容过程储液罐很危险，储液罐很危险，不能装满。不能装满。 6-5 水蒸气的热力过程水蒸气的热力过程任务：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T-s图上表示图上表示热力过程：热力过程： p s 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过热器过热器6-5 水蒸气的热力过程水蒸气的热力过程主要过程：主要过程： p s 确定参数确定参数计算功和热计算功和热在在T-s图上表示图上表示注意理想气体过程的区别注意理想气体过程的区别第一定律与第二定律表达式均

18、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tqdhwqduw准静态准静态wpdvtwvdp 可逆可逆qTdsiso0dspvRT( )uf T( )hf T22p11lnlnTpscRTp pvccRp1kcRkv11cRk水蒸气的定压过程水蒸气的定压过程例：例：水从水从30 ，4MPa, 定压加热到定压加热到450 h1 = 129.3 kJ/kg h2 = 3330.7 kJ/kg2Ts134=3201.4kJ/kg= h2-h1q = hts(4MPa)=250.33锅炉锅炉或或换热器换热器水蒸气的水蒸气的等熵等熵过程过程t?w 1Ts2p1p2例：例：汽轮机汽轮机 14MPap o1450 Ct 20.005MPap 12hhh1 = 3330.7 kJ/kg16.9379kJ/kg.Ks 21ss由由 p2查表查表20.4762kJ/kg.Ks 28.3952kJ/kg.Ks水蒸气的等熵过程水蒸气的等熵