热力学第六章-R1

1、第六章第六章 水和水蒸气的性质水和水蒸气的性质水和水蒸气是实际气体的代表水和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，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. 实

2、际工质的物性实际工质的物性3. 水蒸气图表的结构和应用水蒸气图表的结构和应用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气水蒸气蒸气蒸气蒸汽蒸汽 6-1 6-1 纯物质的热力学面及相图纯物质的热力学面及相图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、蒸汽蒸汽水的热力学面水的热力学面两相区两相区单相区单相区气液固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

3、线、三相线和临界点pv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：临界点临界点三相线与临界点三相线与临界点coc3c22.129MPa647.30K (374.15 C)m0.00326kgpTv水的临水的临界点状界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临临界界点点水的三相线水的三相线tptp611.2Pa,273.16KpT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

4、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 思考题思考题没有。没有。t374.16 有有3. 有没有有没有500C的水的水？1. 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？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

5、点三相点临界点临界点临界点临界点流体流体流体流体饱和线、三相线和临界点饱和线、三相线和临界点pv饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临界点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

6、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 饱和状态饱和状态饱和状态：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 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

7、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)fg0SSS 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sttt过冷过冷水过冷水过热蒸汽过热蒸汽过热度

8、过热度sttt过热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，五态等压线上饱和态参数等压线上饱和态参数ptsv(bar)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

9、.8604 6.821550.0263.92 0.00128580.03941 2.9209 5.9712221.29374.15 0.003260.00326 4.4294.429(bar)()bdbd定压加热线与饱和液线相近的说明定压加热线与饱和液线相近的说明当忽略液体当忽略液体cp变化，变化，21ln0qTscTT( , )uf T v0qdupdv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T6-4 6-4 水和水蒸气状态参数及其图表水和水蒸气状态参数及其图表状态公理：状态公理：简单可压缩系统，两个独立变量简单可压缩系统，两个独立变量未饱和水及过

10、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J.W. 吉布斯吉布斯Josiah Willard Gibbs(18391903)美国美国吉布斯函数吉布斯函数吉布斯相律吉布斯相律吉布斯佯谬吉布斯佯谬 吉布斯相律吉布斯相律无化学反应时，热力系独立参数数目为无化学反应时，热力系独立参数数目为2Kf独立强度参数数独立强度参数数 组元数组元数相数相数对于水对于水1K 单元系单元系单相单相1f 22个（个（

11、 p和和T）两相两相2f 11个（个（ p或或T）三相三相3f 00个（个（ p和和T定值）定值）四相四相4f 0不可能不可能水和水蒸气状态参数水和水蒸气状态参数确定的原则确定的原则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

12、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饱和水和干饱和蒸汽表表o/ CtKT /aMPp/kgmv/ 3kgmv/

13、3kgkJh/kgkJh/)(/ KkgkJs)(/KkgkJs01. 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/3kg

14、kJh/kgkJh/)(/ KkgkJs)(/KkgkJso/ Ct982. 663.9988.17996.3105 .24840010001. 0208.1298 .251333.291060. 02 .22580010434. 06946. 17 .267551.4173027. 14 .20140011274. 06 .76219430. 00 .27778 .1315aMPp/001. 01 . 00 . 1100014526. 001800. 06 .14084 .27249756. 83608. 71382. 25847. 63616. 36143. 5kgkJr/饱和参数paMP

15、01. 0aMP02. 083.45st1505. 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

16、. 88 .26470205. 84 .2724052. 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： pvuh3m611.2 0.00100022apPvkg00006. 06 . 0kgkJkgJpvuh 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，

17、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查表举例（查表举例（1 1）查表时先要确定在五态中的哪一态。查表时先要确定在五态中的哪一态。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=2827.5kJ/kg查表举例（查表举例（2 2）已知已知 t=250, 5kg 蒸汽占有蒸汽占有0.2m3容积容积, 试问蒸试问蒸汽所处状态汽所处状态?

18、 h=?30.2m0.04kg5v kgmv3001253. 0t=250 , kgmv305002. 00.040.00125130.7950.050020.0012513vvxvvvvv湿蒸汽状态湿蒸汽状态查表举例（查表举例（2 2）已知已知 t=250, 5kg 蒸气占有蒸气占有0.2m3容积容积, 试问蒸试问蒸气所处状态气所处状态? h=?t=250 , 0.795x 湿蒸汽状态湿蒸汽状态kJkJ1085.8 2799.5kgkghhkJ (1) 2448.2 kghxhx h查表举例（查表举例（3 3）已知已知 t=85, p=0.015MPa , 试确定状态试确定状态? h=?ts

19、=54.0 , 过热状态过热状态80908085809080hhhhp=0.015MPa内插法内插法p=0.01MPat=85kJ 2658.8 kgh 80908085809080hhhhp=0.02MPat=85kJ 2657.4 kgh 0.010.020.010.0150.010.020.01hhhhp=0.015MPat=85kJ 2658.1 kgh 饱和参数paMP01. 0aMP02. 083.45st1505. 86493. 04 .258484.191676.140010102. 0 s sh hv v09.60st9092. 78321. 06 .260946.25165

20、15. 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 .2724052. 95479. 84 .272512.182261. 8120p-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

21、图（示热图示热图）：面积代表热）：面积代表热蒸汽动力循环蒸汽动力循环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定压过程定压过程等熵过程等熵过程tqhwh twh 0s （上界线上界线）、饱和液线（）、饱和液线（下下qTdsdhvdpp0hTsCCp0hTsC点为分界点，不在极值点上点为分界点，不在极值点上气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体气相区：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

22、、定温线定温线 T5、等容线等容线v6、等干度线等干度线x6-5 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 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 pvccRp1kcR

23、kv11cRk水蒸气的定压过程水蒸气的定压过程q = h wt = 0342pv1qhvdp 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-h1ts(4MPa)=250.33锅炉、换热器锅炉、换热器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 q = h2-h12Tshs2h1 = 129.3 kJ/kg h2 = 3330.7 kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kg水蒸气的绝热过程水蒸气的绝热过程p12pvp2不可逆过程：不可逆过程： 汽轮机、水泵汽轮机、水泵12可逆过程：可逆过程： s1 2 1 2q = 0t12whhh 水蒸气的绝热过程水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵汽轮机、水泵q = 0t12whh212Ts不可逆过程：不可逆过程： 可逆过程：可逆过程： st12whhp1p2水蒸气的绝热过程水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵汽轮机、水泵q = 0t12whhhs不可逆过程不可逆过程 可逆过程：可逆过程： st12whhp1p221h1h2h22透平内效率透平内效率 12oi12hhhh水蒸气的绝热过程举例水蒸