工程热力学-第七章

第七章

水和水蒸气的性质

水和水蒸气是实际气体!水蒸气在空气中含量极小，当作理想气体一般情况下，为实际气体，使用图表18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质直到内燃机发明，才有燃气工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质优点:便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好§1水的相变及相图物质有三种聚集状态：固态、液态、气态水的三态：冰、水、蒸汽一、水的相图融解过程：在一定压力下，固态冰--液态水（融点温度）汽化过程：水—汽（沸点温度）升华过程：低于三相点，冰--汽，反之为凝华固、液、汽三态共存的状态，为三相态，三相点凝固时体积变小的物质凝固时体积变大的物质pt液气固ABCDpcpAtctApt液气固ABCDpcpAtctA例如：水:PA=611.2PatA=0.01℃；

PC=22.115MPatC=374.12℃.AB--融点与压力关系，为融解曲线；AD--升华曲线；AC--沸腾曲线A：三相点；C：临界点

思考题没有。t>374.12℃有3.有没有500ºC的水？1.溜冰冰刀2.北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相？4.有没有-3℃

的蒸气5.一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？二、汽化与饱和沸腾：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)饱和状态：汽化与凝结的动态平衡汽化:由液态变成气态的物理过程蒸发：液体表面上的汽化当汽化速度=液化速度时，系统处于动态平衡——饱和状态。凝结汽化二者速度相等Tsps=1.01325barts=100℃青藏ps=0.6barts=85.95℃高压锅ps=1.6barts=113.32℃饱和温度Ts饱和压力ps一一对应ps饱和液体：处于饱和状态的液体；饱和蒸汽：处于饱和状态的汽体；饱和温度：饱和状态时的温度，Ts或ts；饱和压力：饱和状态时的压力，ps；饱和湿蒸气：饱和液体和饱和蒸汽的混合物；未饱和液体：温度低于其压力对应的饱和温度；过热蒸汽：温度大于其压力对应的饱和温度；一、水蒸气的定压发生过程水的定压预热阶段水的定压汽化阶段干饱和蒸汽的定压过热阶段三个阶段§2水蒸气的定压发生过程p1p1p1p1p1水预热汽化过热液体热ql汽化潜热r过热量qsup取1kg、0.01ºC的水置于气缸中，活塞上加某一固定压力p1，然后对水加热，使之全部变成水蒸气。等压线上饱和态参数ptsv’(m3/kg)v’’s’s’’kJ/(kg.K)0.0061120.010.00100022206.1750.09.15621.099.630.00104341.69461.30277.36085.0151.850.00109280.374811.86046.821550.0263.920.00128580.039412.92095.9712221.15374.120.003260.003264.4294.429(bar)(℃)pv123455‘1‘2‘3‘4‘5“1“2“3“4“cTs123451’2’3’4’5’1”2”3”4”5”cp1p2p3p1p2p3干度0≤x≤1饱和蒸汽质量饱和水的质量水和水蒸汽的状态参数1.一点：临界点C;tc=374.12ºC，pc=22.115Mpa；2.两线：饱和水线AC与饱和蒸汽线BC3.三区：未饱和水区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区4.五态：未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽pvcABOpcTc未饱和水区湿蒸气区过热蒸汽区TscpcTcABqlrqsup水蒸气定压发生过程说明(1)加热时熵永远增加(3)理想气体实际气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加汽化潜热(4)未饱和水过冷度过冷水过热蒸汽过热度(2)水和水蒸气状态参数确定的原则1、未饱和水及过热蒸汽确定任意两个独立参数，如：p、T2、饱和水和干饱和蒸汽确定p或T3、湿饱和蒸汽除p或T外，其它参数与两相比例有关§3水蒸气表和焓-熵（h-s）图一、水和水蒸气表两类2、未饱和水和过热蒸汽表1、饱和水和干饱和蒸汽表表的出处和零点的规定原则上可任取零点，国际上统一规定。

表依据1963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IFC（国际公式化委员会）1967和1997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。1)焓、热力学能、熵零点的规定：规定水的三相点下饱和水2)0.01℃、压力为p的未饱和水：水的比体积主要受温度影响，可认为与压力无关：0.01℃、压力为p的水的比体积：v0≈0.001m3/kg温度体积相同时，热力学能相同熵也相等压力不太高时，焓近似相等在T-s图上，不同压力下，0.01℃的未饱和水状态点近似与三相点重合。3)温度ts℃、压力为p的饱和水：0.01℃未饱和水，定压加热为ts饱和水，液体热量水的平均比热饱和水的熵4)压力为p的干饱和蒸汽：饱和水定压加热为干饱和蒸汽，汽化潜热焓熵5)压力为p的湿饱和蒸汽：干度为x的湿蒸汽状态参数确定：比体积比熵而热力学能比焓6)压力为p的过热蒸汽：过热蒸汽焓：过热蒸汽熵：例题用水蒸气表确定下列状态的水蒸气参数。已知：(1)ts=150ºC的干饱和蒸汽；(2)p=0.4MPa，x=0.98;(3)p=0.5Mpa，t=175ºC二、水蒸气的焓熵图C点定t线定p线定v线——红色虚线定x线上界线x=1；下界线x=0；v=constantv=constantv=constant例题7-1试确定（1）p=0.8Mpa、v=0.22m3/kg；（2）p=0.6Mpa、t=190℃；（3）p=1Mpa、t=179.88℃三种情况下是什么蒸汽？例题7-2容积85L的容器中，盛有0.1kg水及0.7kg饱和蒸汽，求容器的压力？§4水蒸气的基本热力过程任务：确定初终态参数，计算过程中的功和热在h-s图上表示水蒸气的基本热力过程：

定容、定压、定温和定熵过程注意与理想气体过程的区别第一定律与第二定律表达式均成立可逆理想气体特有的性质和表达式不能用一、水蒸气的定压过程q=hwt=0342pv1例：锅炉中，水从30℃

，4MPa,定压加热到450℃q=h2-h1ts(4MPa)=250.33℃锅炉、换热器例：水从30℃

，4MPa,定压加热到450℃2Tshs2h1=129.3kJ/kgh2=3330.7kJ/kgh2h1134143q=h2-h1=3201.4kJ/kg二、水蒸气的定容过程1Tsp2vhsT12pv12pv三、水蒸气的定温过程pv实际设备中很少见TCTcT远离饱和线，接近于理想气体12Ts可逆过程：四、水蒸气的绝热过程不可逆过程：汽轮机、水泵可逆过程：s12

1

2’q=02’12Tsp1p2hsp1p221h1h2h2’2’不可逆过程

可逆过程：

hs12不可逆绝热过程应用：测量湿蒸汽干度的原理绝热节流1-2’2’习题7-14x例题7-3过热蒸汽0.6MPa下，从200℃定压加热至300℃，试求此过程中热量、功量及热力学能的变化量。例题7-4锅炉中，从锅筒中出来的蒸汽，压力0.8MPa，干度x=0.9，进入过热器定压加热至250℃，求每千克蒸汽在过热器中吸收的热量。例题7-50.1kg饱和水连同饱和蒸汽盛于绝热刚性容器中，工质压力0.3MPa，干度x=0.763，搅拌轮置于容器中，由马达带动旋转，直到水全部蒸发变为饱和蒸汽，求（1）水蒸汽最终的压力和温度；（2）完成此过程所需的功。例题7-6热力除氧器，采用p1=0.5Mpa、温度t1=200℃的过热蒸汽与压力p2=0.5MPa，温度t2=110℃的未饱和水绝热混合成为相同压力下的饱和水，流出