第7章水蒸气new

1、第七章第七章 水蒸汽水蒸汽1、工质易获得、不污染环境、应用广泛、工质易获得、不污染环境、应用广泛 一、学习的意义及任务一、学习的意义及任务发电发电供热供热吸收式制冷吸收式制冷2、其热力性质有代表性、其热力性质有代表性、h、u、p、v、t等等参数求解不能按理想气体处理参数求解不能按理想气体处理二、几个概念二、几个概念汽汽 化化液相变气相的过程，汽化速度取决于液体的液相变气相的过程，汽化速度取决于液体的温度温度凝凝 结结气相变液相的过程，凝结速度取决于蒸汽的气相变液相的过程，凝结速度取决于蒸汽的分压力分压力蒸发蒸发在液体表面进行的汽化过程。在液体表面进行的汽化过程。沸腾沸腾在液体表面及内部同时进行

2、的汽化过程在液体表面及内部同时进行的汽化过程饱和状态饱和状态在密闭容器内，当汽化速度与凝结速度相等在密闭容器内，当汽化速度与凝结速度相等时的状态。时的状态。饱和参数饱和参数达饱和状态时的参数。如达饱和状态时的参数。如PsPs、Ts Ts 。PsPs与与TsTs是是单调增的关系，即单调增的关系，即 f(pf(ps s)=f(t)=f(ts s) )饱和蒸汽饱和蒸汽达饱和状态时的蒸汽达饱和状态时的蒸汽饱和液体饱和液体达饱和状态时的液体达饱和状态时的液体三、三、水蒸汽的定压生成过程水蒸汽的定压生成过程1 1、水蒸气的定压生成过程、水蒸气的定压生成过程stt2 2、汽化潜热、汽化潜热(r) (r) 在

3、某一压力下，饱和液体定压加热成干在某一压力下，饱和液体定压加热成干饱和蒸汽所吸收的热量。单位：饱和蒸汽所吸收的热量。单位：(kJ/kg)(kJ/kg)sttsttsttstt未饱和水未饱和水饱和水饱和水湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽干饱和蒸汽干饱和蒸汽过热水蒸汽过热水蒸汽四、水蒸汽的四、水蒸汽的p-vp-v图和图和T-sT-s图图 1 1、 p-vp-v图和图和T-sT-s图的绘制方法图的绘制方法 将将0.01C0.01C的纯水，在某一压力下定压加热，使之由未饱和水变为过热蒸的纯水，在某一压力下定压加热，使之由未饱和水变为过热蒸汽，并且记录下不同温度时的汽，并且记录下不同温度时的v v（尤其关注饱和湿蒸

4、汽的始、终点）热量（尤其关注饱和湿蒸汽的始、终点）热量QQ等，便可在等，便可在p-vp-v图和图和T-sT-s图上得到一条等压曲线。例如图中曲线图上得到一条等压曲线。例如图中曲线11111111。线。线。 改变压力，重复上面的过程便得到一系列这样的曲线如改变压力，重复上面的过程便得到一系列这样的曲线如2222等。等。 将这些不同压力下的饱和水状态点（下饱和点）联结，再将不将这些不同压力下的饱和水状态点（下饱和点）联结，再将不同压力下的干饱和蒸汽点（上饱和点）联结，便得到同压力下的干饱和蒸汽点（上饱和点）联结，便得到p-v图上的曲线图上的曲线1 C1。 C点点 临界点（任何物质其临界点是唯一的）

5、。临界点（任何物质其临界点是唯一的）。CA线线 饱和液态线（下界线）饱和液态线（下界线）CB 线线干饱和蒸汽线（上界线）。干饱和蒸汽线（上界线）。将有关参数整理也可在将有关参数整理也可在T-s图上绘出不同压力下的一系列曲图上绘出不同压力下的一系列曲vs2010AC2010CpT2122x1x111x122x2xxcTcpcTTABB2 2、几个问题的解释、几个问题的解释 在在p-vp-v图上，图上，1212 为什么近似在一条等容线上？为什么近似在一条等容线上？ 答：因为液体几乎是不可压缩的，因此不同压力下处于答：因为液体几乎是不可压缩的，因此不同压力下处于0C0C的水的比容几乎是相等的。的水的

6、比容几乎是相等的。 p-vp-v图上，饱和液线的斜率为什么是正的？图上，饱和液线的斜率为什么是正的？答：当压力增大时，对比容产生两方面的相反的影响，一方答：当压力增大时，对比容产生两方面的相反的影响，一方面面P P增大，增大，V V减小；另一方面，减小；另一方面，P P增大导致增大导致TsTs增大，从而导致增大，从而导致VsVs增大，由于液体的增大，由于液体的V V对温度较压力更敏感，因此综合效果对温度较压力更敏感，因此综合效果是是PsPs增大导致增大导致V V增大，故饱和液线的斜率总是正的。增大，故饱和液线的斜率总是正的。 p-vp-v图上，饱和汽线的斜率为什么是负的？图上，饱和汽线的斜率为

7、什么是负的？答：当压力增大时，对比容产生两方面的相反的影响，一方面答：当压力增大时，对比容产生两方面的相反的影响，一方面P P增增大，大，V V减小；另一方面，减小；另一方面， P P增大，增大，TsTs增大导致增大导致V V增大。由于气体的增大。由于气体的P P对对V V较温度的变化更敏感，因此综合效果是较温度的变化更敏感，因此综合效果是PsPs增大导致增大导致VsVs减小，故减小，故饱和汽线的斜率总是负的。饱和汽线的斜率总是负的。3 3、p-vp-v图上的一点，二线，三区，五状态图上的一点，二线，三区，五状态 由于饱和液线的斜率为正，饱和汽线的斜率为负，因此，由于饱和液线的斜率为正，饱和汽

8、线的斜率为负，因此，压力增至某一值压力增至某一值PcPc时时, ,两线将交于一点两线将交于一点C C，这点叫临界点，此，这点叫临界点，此点的参数称作临界参数点的参数称作临界参数P Pc c、T Tc c、V Vc c 对于水：对于水： 22.11522.115a a；t tc c=374.12=374.12这两线（这两线（饱和液线饱和液线CACA，饱和汽线，饱和汽线CBCB）一点（）一点（临界点临界点C C）将）将p-vp-v图分成三区，水便有五中状态。图分成三区，水便有五中状态。三区：未饱和液体区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区三区：未饱和液体区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区; ;五状态：未饱和液体、

9、饱和液体、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、五状态：未饱和液体、饱和液体、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽过热蒸汽. .湿饱和蒸汽中所含的干饱和蒸汽的质量成分，即湿饱和蒸汽中所含的干饱和蒸汽的质量成分，即 vvvlmmxmmm（1-x1-x）则是饱和水的质量成分）则是饱和水的质量成分4、湿蒸汽的干度、湿蒸汽的干度x五、水蒸气的表的使用五、水蒸气的表的使用 由于水蒸气不能视为理想气体，故有关理想气体的状态方程均不能使用，由于水蒸气不能视为理想气体，故有关理想气体的状态方程均不能使用，为工程上使用方便，将水蒸气的状态参数制成图表。为工程上使用方便，将水蒸气的状态参数制成图表。19631963年第六届国际水和

10、水蒸气会议决定，将纯水的三相点作为基点，并规年第六届国际水和水蒸气会议决定，将纯水的三相点作为基点，并规定此点的定此点的u=0u=0，s=0s=0 。由于纯水的三相点是唯一的，且国际上均选用这。由于纯水的三相点是唯一的，且国际上均选用这个零点，故各国绘制的图表就可以通用，便于国际交流。个零点，故各国绘制的图表就可以通用，便于国际交流。003000611.2Pa;273.16K;=0.00100022m /kg;0kJ/kg;0kJ/(kg K)pTvus1.水蒸汽表及图中零点的规定水蒸汽表及图中零点的规定水的三相点参数为：水的三相点参数为：根据焓的定义根据焓的定义, ,可求出焓可求出焓-300

11、0 00611.2 100.00100022=0.000614kJ/kg0kJ/kghup v所以工程上认为三相点液相水的焓取零已足够准确。所以工程上认为三相点液相水的焓取零已足够准确。. .水蒸汽表的使用水蒸汽表的使用由于规定了零点，故不同压力、温度时的由于规定了零点，故不同压力、温度时的u u，h,h,，s s值值便是唯一确定的便是唯一确定的. . 水蒸气表的编排水蒸气表的编排 a a）按温度编排，见附表）按温度编排，见附表1 1b）按压力编排，见附表）按压力编排，见附表2 2c) c) 按温度编排，见附表按温度编排，见附表3 3查查未饱和水及过热水蒸气参数未饱和水及过热水蒸气参数 查饱和

12、查饱和参数参数用附表用附表3， 查取时需同时知道查取时需同时知道p,t方可确定其他状态参数方可确定其他状态参数(粗实线以上为未粗实线以上为未饱和水，粗实线以下为过热蒸汽饱和水，粗实线以下为过热蒸汽)hx= h (1-x)+ h xSx = s (1-x)+ s xvx = v (1-x)+ v x各种表中均未给出各种表中均未给出u的值，它必须通过公式的值，它必须通过公式u=h-pv进行计算进行计算用表用表1，表，表2只需知道只需知道Ps、Ts中一个便可读得其余所有装状态参数如中一个便可读得其余所有装状态参数如v,v,h,h,rS,s等等饱和参数的查取饱和参数的查取未饱和及过热状态参数的确定未饱

13、和及过热状态参数的确定 湿蒸汽区湿蒸汽区v,h,s的确定的确定此区域不能直接自任何表中读出，需由此区域不能直接自任何表中读出，需由ps或或Ts及干度及干度x进行计算。其进行计算。其公式为：公式为：内能的确定内能的确定 u. .使用举例使用举例例例 饱和蒸汽的温度为饱和蒸汽的温度为ts=130ts=130，求，求p ps s，vv，vv，hh，hh，r r，ss，ss。则：则：h = hh = h（1-x1-x）+ h”x+ h”x v=v v=v（1-x1-x）+ v”x+ v”x s=s s=s（1-x1-x）+ s”x+ s”x u=h-pv u=h-pv求解时查附表求解时查附表1即可。即

14、可。求解时查附表求解时查附表2即可。即可。例例 求求t=130，x=0.3的湿饱和蒸汽的的湿饱和蒸汽的h、v、u、s值值解：查附表解：查附表1得：得： h、h、v、v、s、s、ps例例 求求0.9MPa下干饱和蒸汽的参数。下干饱和蒸汽的参数。解：查解：查附表附表3 3知知: :此时水为过热蒸汽，且此时水为过热蒸汽，且 h=3704.5kJ/kg h=3704.5kJ/kg s=9.0979 kJ/kg s=9.0979 kJ/kg v=4.028mv=4.028m3 3/kg/kg例例 确定确定t=600 p=0.1MPa 时水的状态，并求时水的状态，并求h,s,u所以所以 u= h-pvu=

15、 h-pv=3704.5-100 x4.028=3301.7kJ/kg=3704.5-100 x4.028=3301.7kJ/kg作业：作业：7-37-3、7-47-4、7-77-7、7-97-9六、六、 水蒸汽水蒸汽h-sh-s图的使用图的使用1. 1. 编排如图编排如图X=0.1X=0.1hx xX=0.9X=0.9CST Tv vp p2.2.使用使用过热区由过热区由p p，v v，T T中两个参数直接查取出其他参数中两个参数直接查取出其他参数两相区中由两相区中由p p，v v，T T之一及之一及x x两个参数直接查取其他两个参数直接查取其他的参数的参数 能量方程能量方程 u=h-pvu

16、=h-pvw=pdvw=pdv wwt t=-vdp=-vdp3.3.基本基本处理方处理方法法七、水蒸汽的基本热力过程及七、水蒸汽的基本热力过程及q q，u u，ww、wwt t的计算的计算 0twvdp 21()tqhwhhh (0twvdp 因为）1212)(vvphhu21wpdvp vv 1. 1. 定压过程（沿等压线走）定压过程（沿等压线走） 定压过程定压过程 2. 2. 定容过程（沿等容线走）定容过程（沿等容线走） 0pdvw21quuu uq定容过程定容过程 2121()hhv pp21twv pp 3 3、定温过程（沿等温线）、定温过程（沿等温线） 12121()qT ss)(

17、)(112212vpvphhuuqw)(12hhqwt定温过程定温过程注意：对于实际气体，温度相等注意：对于实际气体，温度相等的过程，内能和焓却不相等的过程，内能和焓却不相等0q)()(112212vpvphhuuuqw21hhwt 4 4、绝热可逆过程（沿等熵线）、绝热可逆过程（沿等熵线） 绝热可逆过程绝热可逆过程 例例1 1 某蒸汽机，进口状态为：某蒸汽机，进口状态为：t=550t=550，p p1 1=10MPa=10MPa，m=10kg/s,m=10kg/s,排气压力排气压力p p2 2=0.012MPa=0.012MPa。求求: :（1 1）蒸汽机的等熵轴功率）蒸汽机的等熵轴功率Ns

18、为多少？为多少？ （2 2）排汽温度为排汽温度为115时的轴功率时的轴功率N为多少？（汽机为绝热过程）为多少？（汽机为绝热过程） （3 3）排汽温度为排汽温度为115时的绝热效率为多少？时的绝热效率为多少？hs12BP1P2h1hBh2过点过点1作等熵线与作等熵线与p2交于点交于点2， 查点查点2得：得： h2=2540kJ/kg 解：解：由由t1、p1 及及tB、p2查查h-s图得：图得： h1 =3580 kJ/kg , hB=2700 kJ/kg ,hs12BP1P2h1hBh2(3)(3)绝热效率为绝热效率为: :则：则：Wts=(h1-h2) =h1-h2 =3580-2540=10

19、40 kJ/kg（1）等熵轴功率为）等熵轴功率为 : Ns=Wtsm=1.0410=104Mw（2）实际轴功率为）实际轴功率为 : N=Wtm=0.8810=88MwWt=(h1-hB)=h1-hB =3580-2700=880 kJ/kgN100%84.6%Ns八、水的相图及三相点八、水的相图及三相点 前面讲过，水汽化时，有前面讲过，水汽化时，有Ps=f(TsPs=f(Ts) )的关系，它可用水的相图表示，的关系，它可用水的相图表示，固体在一定压力下吸收热量时发生如下现象固体在一定压力下吸收热量时发生如下现象: :p pp pT TT T液液液液气气气气固固固固a)a)凝固时体积膨胀的物质（

20、如水）凝固时体积膨胀的物质（如水） b)b)凝固时体积缩小的物体（如凝固时体积缩小的物体（如COCO2 2）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1、相图结构、相图结构BCADDCBAp pp pT TT T液液液液气气气气固固固固a)a)凝固时体积膨胀的物质（如水）凝固时体积膨胀的物质（如水） b)b)凝固时体积缩小的物体（如凝固时体积缩小的物体（如COCO2 2）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BCADDCBAA A点点三相点三相点.( .(注：注：A A点在书中两处应用点在书中两处应用) ) 热力学温度基准：热力学温度基准：273.16K 273.16K

21、 水蒸气表中三相点：水蒸气表中三相点：u=0 s=0u=0 s=0C C点点临界点临界点 三相平衡线：三相平衡线： ABAB线线固液两相共存状态固液两相共存状态 溶解曲线溶解曲线 ACAC线线液汽两相共存状态液汽两相共存状态 汽化曲线汽化曲线 ADAD线线固汽平衡曲线固汽平衡曲线 升华曲线升华曲线凝固时体积膨胀的物质凝固时体积膨胀的物质p pT T液液气气固固临界点临界点流体流体BCAD升华升华固态直接变为气态的过程。固态直接变为气态的过程。 凝华凝华气态直接变为固态的过程。气态直接变为固态的过程。 2.2.相图中几个注意的问题的解释相图中几个注意的问题的解释原因：如物质凝固时体积增大，那么当

22、压强增大时液体就不容易凝固，就要更原因：如物质凝固时体积增大，那么当压强增大时液体就不容易凝固，就要更低的温度，所以低的温度，所以p p 增大增大t t减小减小 故在故在p-tp-t图上斜率为负图上斜率为负 原因：液变汽的过程，比容均为增大的过程，故压强增大，就不容易凝固，原因：液变汽的过程，比容均为增大的过程，故压强增大，就不容易凝固，就要更高的温度才可汽化，即温度增大，因此在就要更高的温度才可汽化，即温度增大，因此在p-tp-t图上，斜率为正。图上，斜率为正。原因：此季节空气干燥，空气中水蒸气分压力原因：此季节空气干燥，空气中水蒸气分压力Ps0.6112KPaPs0.6112KPa（三相点压力）（三相点压力） 气温又在接近气温又在接近0C0C的范围。因此在夜晚温度稍有下降时，水蒸气就由气态越的范围。因此在夜晚温度稍有下降时，水蒸气就由气态越过汽固线过汽固线ADAD变为固体冰。此现象叫做凝华。变为固体冰。此现象叫做凝华。 为什么为什么a图中图中 AB线的斜率为负，而线的斜率为负，而b图中为正图中为正在两图中在两图中AC线的斜率为何均为正？线的斜率为何均为正？秋冬之交季节，为何出现霜冻？秋冬之交季节，为何