工程热力学第七章水蒸气教案

1、1）第七章 水蒸汽）水蒸气是工程上应用较广泛的一种工质,例如蒸汽动力装置、压气式制冷装置都是 以水蒸气作为工质来实现热能 机械能相互转化的； 这些动力装置也可用燃气或其 他工质代替,那为什么要用水蒸汽呢？缘由如下）1、水蒸气简单获得,只要通过水的定性加热即可获得；2、有事宜的热力状态参数,靠卡诺循环、朗肯循环）3、不会污染环境）由于水蒸汽处于离液态较近的状态,常有集态现象而且,物理性质也很复杂,所以不能把它看作是抱负气体,抱负气体的状态方程式以及由它推导的其他运算公 式一般都不能用来分析和运算水蒸汽；所以必需对水蒸汽的性质另行讨论；）这章重点讨论：1、水蒸汽产生的一般原理q w）2、水蒸汽状态

2、参数确立）3、水蒸汽图表的结构及应用）4、运算水蒸汽热力过程中的） 71 基本概念和术语） 1、汽化：物质有液态转化为气态的过程；）汽化的形式蒸发：在液态表面上进行的汽化过程,在任何温度下进行）沸腾：在液体内部和表面同时进行猛烈的汽化现象；沸腾时温度 保持不变 说明：蒸发在任何温度下都可进行,它是由于液体表面总有一些能量较高的分子,克服接近分子的引力而脱离叶面,逸入液体外的空间,多,蒸发愈猛烈,汽化速度取决于温度；t 越高,能量较大的分子越沸腾时,实在液体内部产生大量的汽泡；汽泡上升到液面,破裂而放出大量的蒸汽,工业上用的蒸汽都是通过沸腾的方式获得,液体在沸腾时温度不变,虽p加热也保持不变,且

3、液体和气体的温度相同；沸腾时的温度叫沸点；tsf2、液化：蒸汽转变为液体的现象,液化和汽化时相反的过程,他取决于p 3、饱和状态：当液体和蒸汽处于动平稳的状态 说明：当液体在有限的密闭空间里汽化时,不仅液体表面的液体分子蒸发到空间去,而空间的蒸汽分子也会因分子密度大,压力增大, 撞击到液体表面回到液体中,当 液面上空的蒸汽分子密度达到肯定程度时,在单位时间内逸出液面和回到液面的分 子数相等时,蒸汽和液体的无量保持不变,汽、液两相处于动平稳状态；4、饱和温度：当汽体和液体处于饱和状态时,液体和汽体温度称饱和温度5、饱和压力：tsfps6、饱和蒸汽：处于饱和状态的蒸汽 7、饱和液体：处于饱和状态的

4、液体 8、温饱和蒸汽：饱和液和饱和蒸汽的混合物,称温饱和蒸汽 9、干饱和蒸汽：不含饱和液的饱和蒸汽 10、过热蒸汽：假如蒸汽的温度超过其压力对应的饱和温度 11、为饱和液体：液体温度低与其压力对应的饱和温度72 水蒸汽的定压发生过程 工程上所用的水蒸汽通常是通过水在气锅内定压沸腾汽化而产生的；设 1kg 工质（ 0.01的纯水）在2 1 kg cm 下定压加热水从0.0199.63 开 始 沸 腾,10-1 表示 v 略经受三个阶段预热阶段：由未饱和水饱和水增大汽化阶段：饱和水干饱和蒸汽=0.0010434m 3 /kg水蒸汽的获得过热阶段：干饱和汽过热汽五种状态：未饱和水、饱和水、温饱和蒸汽

5、、干饱和蒸汽、过热蒸汽连续加热直至全部变 成 蒸 汽,t不 变 =99.63 1kg,0.01的水在1ba 的压力下q 1hh 0v1.69463 m/kg11 表示在连续加热P 不变温度v11 表示；加热到 99.36沸腾q 2rhh三个过程, 五种状态；在 Pc 处 加 热 到转变压力, 相应有不同的饱和温度,3qhhTc , 水 全 部 汽 化加re 过热蒸汽, 这可得到类似的汽化过程,总结：点 城 临 界 点 ,一个点：临界点C Pc Tc Vc , 当二条线：饱和水线、饱和蒸汽线ttc 时,无论 P 多三个区：过冷水区、温蒸汽区、过热区大,也不能使蒸汽五个状态：过饱水、饱和水、温饱和

6、蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽 液化；低温时1 , 2 ,3 在同一条垂线上,因水几乎不行压缩,PV 几乎不变,且压缩后温度故在T-S 图上,定升 高 极 小 ； 0123向 右 倾 斜 , 因 水 受 热 膨 胀 的 影 响 大 于 压 缩 影 响 ；t pv s , 123 向左倾斜,因蒸汽受热膨胀的影响小于压缩的影响,Ps增长 较 Ts 快 ：Psv,s故Psts,vv汽 化 中 吸 取 的 热 量Ts ss当P221.2barts34.15vv0.00317,水蒸汽与饱压线与 MC 是沸点和水不再有分别；74 水和水蒸汽的参数 水蒸汽和水的参数 P,t,v,h,s 均能从表中查得,也能从图

7、中查得；故在实际运算 中完全依据表,图打算水和水蒸汽得参数,这议长我们主要介绍这些参数之间的关 系和依据图表查得的数据进行帮助性运算；一、零点得规定：国际水蒸汽会议规定,水的三相点的液相水作基准,规定次状态下的u 00s 00P, t 此时t0tTP0.01P 0P TP0.009112barv00.001000223 kg m故h 0u 0pv 00.0006140二、温度为0.01压力为 P 的过冷水ttsf Ps由于水的不行压缩性,就dv0故：w 过2pdv01又有 t 不变,就u 0u 00s 0s 00所以有qupdv0h 0u 0pv 00.000611 KJ/Kg0三、 tts压

8、力为 P 的饱和水lqTsCpdT273.16当t0.01, Cp 可看作是定值；Cp4.18 KJKg K即lq4.18Ts273.164.18tsP 不变,就q lqphh 0hqph 0sTsCpdT4.18lnTs273.16T273.16当t0.01, Cp 变化很大,lq h 不能按上式运算,必需查图表,依据查得h s vuhpv up v v四、 tts 压力为 P 的干饱和蒸汽rTs s shhhhr即uhrpvs sTsh,u, , s r 均可从表中查得；五、压力为P 的温饱和蒸汽由于温蒸汽是由压力,温度相同的饱和水和饱和蒸汽所组成的温饱和物,因此要确定温蒸汽的参数除了说明

9、p , t 外仍要说明干度x,由于 1kg 湿蒸汽由 xkgx0,1饱和蒸汽和1xkg 得饱和水组成；xm vapm vatm vapv xxv 1x v h xxh 1x h or h xhxrs xxs 1x s sxsxrTsuxh xpv x由于h h s s v v从表中可以查出得,如已知x,就可运算h x,s vx,u 另外hx,s vx,u 也可以从图中查得,湿蒸汽的 p, t 均为饱和值,h sx,v u 点界于h与h ,s 与s ,u 与u 之间,假如某一值大于（ ）or 小于（ ）就肯定是湿蒸汽；六、压力为P 的过热蒸汽q su2CpdTx0饱和水x1饱和汽10 x1湿蒸汽

10、hhqsux1x0都 没有意义sTsCpdTrTCpdT273.16TTsTsT由于 C 随 T 的变化很大,应不适于运算,所以过热蒸汽的参数只能查表 or 图；75 水蒸汽表和图 一、表 水蒸汽湿一种不同于抱负气体的实际气体,它的参数 P V T 之间不 符合 PV RT通过试验得到得水蒸汽状态方程式也特别复杂,而且,由于理论分 析方法、测试技术的差异得到的结果也有所不同,所以,国际会议讨论室将试验 和分析运算得到的数据列成表水蒸汽表以 t 为序的饱和水和饱和蒸汽表三种以 p 为序的饱和水和饱和蒸汽表0” 表按压力温度,过热蒸汽与过冷水留意：表中的“ ” 表示饱和水参数表中的“” 表示饱和蒸

11、汽参数过冷水与过热蒸汽用“ ” 隔开但运算时要区分开,过冷水用“示,（下角标）过热蒸汽参数没有修编；表中编制以0.01时的液相水为基准；u00,h 00,s 00二、图 利用水蒸汽表确定水 or 水蒸汽状态参数的优点是精确度很高,但不行能将所 有的状态点的参数值一一列出,有时需用内插法确定,此外水蒸汽表不能直接查 出湿蒸汽的参数值,需要通过湿蒸汽与饱和水,饱和汽的参数关系运算得到；如 图,将表中的数据绘成图,由图查得就会便利的多；TS 图,分析循环有特别的作用,优点,但运算q w,较繁；二种 HS 图,普遍适用hs 图 1、结构图中的 C 电位临界点,曲线AC 为饱和水线, CB 为饱和汽线,

12、 ACB 下面是湿蒸汽区,曲线 CB 上方是过热蒸汽区,在湿蒸汽区有定压线（定温线）斜直线,干度线在过热区,有定压线,斜率增加向上倾斜,定温线由左右延长,定容线与定压线去向相同,只是斜率达一些,由于工程上用的水蒸汽都是过热蒸汽orx50%的水蒸汽,对于x50%的湿蒸汽图中未载,但仍由表中运算；1、 作用（1）可以依据 , . p x , . , t x 查得状态点在图中的位置；便可知其他参数；（2）也可依据初态参数,通过热力过程,查得终态参数,即而运算过程中的 q ,w ；76 水蒸汽的基本热力过程分析水蒸气热力过程的目的确定过程的能量转换关系,因此,需确定状态参数的变化；包括 w、q 以及

13、u 和 h 等；确定过程的能量转换关系的依据为热力学第一、二定律：干度线只在湿蒸汽 区有概念,工程上x0.7 ；过热区,定 温线较平整,越往 右 越 接 近 水 平 线抱负气体；h f t 理： h T 表的优点：液体热、汽化潜热和过热量 及功量运算,直接 用图上的线算表示可用水蒸气表及图,依照过程的特点来确定各状态的参数；一、定容过程便利； 定 压 线 下 的qh 2h 1 v1=v2, 于是可得：绝热膨胀的w th 1h 2定温qT s 2s 1二、定压过程 p 1=p2, 于是可得：三、定温过程 T 1=T2, 于是可得：四、定熵过程 s 1=s2, 于是可得：总结：1、 水 蒸 汽 发

14、 生 原 理 2、 表、图结构；3、 热力过程留意：1、 过程可逆2、 用PVKC 运算时, K 纯体会数,即绝热过程不能用此式运算3、w2pdv用P V 便利1q2Tds用T S 便利1例题： 0.1kg 水盛于一绝热的刚性容器中,工质的压力的0.3Mpa,干度为 0.763 ；一搅拌轮置于容器中,由外面马达带动旋转,直到水全变为饱和蒸汽；求：（1）完成此过程所需的功；（2）水蒸汽最终的压力和温度；解：取容器内的工质为系统,搅拌轮搅拌工质的功变为热,是不行逆过程；（1）系统绝热, q=0；系统的边界为刚性,因而没有容积变化功,可是由于搅拌轮搅拌,外界对系统作了功；由热力学第肯定律即外界消耗的功变了热,WUmu1u2工质吸取热内能增加,因而只要运算初终态的内能变化就可求得耗功量；对于初态,已知 p1=0.3Mpa,x=0.763 ,于是v 1 1 x v 1 x v 13 1 0 . 763 0 . 001074 0 . 763 0 . 6058 0 . 4643 m /kgh 1 1 x h 1 h 1 1 0 . 763 561 . 4 0 . 763 2725 . 5 2212 . 6 kJ/kgu 1 h 1 p 1 v 16 32212 . 6 0 . 3 10 0 . 4643 1