工程热力学第七章水蒸气

工程热力学第七章水蒸气第一页，共四十六页，2022年，8月28日

基本知识点

水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的确定、水蒸气图表的结构和应用、水蒸气在热力过程中功量和热量的计算。

本章重点：

工业上水蒸气的定压生成过程，学会使用水蒸气热力学性质的图表，并能熟练的运用于各种热力过程的计算。第二页，共四十六页，2022年，8月28日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，传热性能好第三页，共四十六页，2022年，8月28日§7-1纯物质的热力学面及相图物质有三种聚集状态：固态、液态、气态热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态的曲面水的三态：冰、水、蒸汽第四页，共四十六页，2022年，8月28日水的热力学面两相区单相区气液固pvT六个区：三个单相区、三个两相区液--气固--气固--液pvT第五页，共四十六页，2022年，8月28日饱和线、三相线和临界点pv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：临界点第六页，共四十六页，2022年，8月28日三相线与临界点水的临界点状态饱和液线与饱和气线的交点气液两相共存的pmax,Tmax等温线是鞍点临界点水的三相线第七页，共四十六页，2022年，8月28日纯物质的p-T相图ppTT液液气气固固水一般物质三相点三相点临界点临界点流体流体升华线升华线凝固线凝固线汽化线汽化线第八页，共四十六页，2022年，8月28日思考题没有。t>374.16℃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℃

的蒸汽？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？第九页，共四十六页，2022年，8月28日纯物质的p-T相图ppTT液液气气固固水一般物质三相点三相点临界点临界点流体流体第十页，共四十六页，2022年，8月28日饱和线、三相线和临界点pv饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临界点第十一页，共四十六页，2022年，8月28日汽相和液相锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器因固相不流动，更关心汽液两相冰蓄冷第十二页，共四十六页，2022年，8月28日第十三页，共四十六页，2022年，8月28日§7-2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

(不涉及化学变化)蒸发：汽液表面上的汽化第十四页，共四十六页，2022年，8月28日饱和状态饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和温度Ts饱和压力ps一一对应放掉一些水，Ts不变，ps？Tspsps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高压锅ps=1.6barTs=113.32℃第十五页，共四十六页，2022年，8月28日纯物质的p-T相图ppTT液液气气固固水一般物质三相点三相点临界点临界点流体流体汽化线汽化线第十六页，共四十六页，2022年，8月28日§7-3水蒸气的定压发生过程t<tst=tst=tst=tst>tsv<v’v=v’v=v’’v’<v<v’’v>v’’未饱和水饱和水饱和湿蒸汽饱和干蒸汽过热蒸汽h<h’h=h’h=h’’h’<h<h’’h>h’’s<s’s=s’s=s’’s’<s<s’’s>s’’水预热汽化过热第十七页，共四十六页，2022年，8月28日水蒸气定压发生过程说明(1)(2)只有熵加热时永远增加(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第十八页，共四十六页，2022年，8月28日sp-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程一点，二线，三区，五态第十九页，共四十六页，2022年，8月28日等压线上饱和态参数ptsv’(bar)v’’s’s’’kJ/(kg.K)0.0061120.010.00100022206.1750.09.15621.099.630.00104341.69461.30277.36085.0151.850.00109280.374811.86046.821550.0263.920.00128580.039412.92095.9712221.29374.150.003260.003264.4294.429(bar)(℃)bdbd第二十页，共四十六页，2022年，8月28日定压加热线与饱和液线相近的说明当忽略液体cp变化，不同的p，液体近似不可压，v不变对每个不变的T第二十一页，共四十六页，2022年，8月28日§7-4水和水蒸气状态参数及其图表状态公理：简单可压缩系统，两个独立变量未饱和水及过热蒸汽，一般已知p、T即可饱和水和干饱和蒸汽，只需确定p或T湿饱和蒸汽，p和T不独立，汽液两相1875年，吉布斯提出了吉布斯相律第二十二页，共四十六页，2022年，8月28日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第二十三页，共四十六页，2022年，8月28日两相比例由干度x确定定义干饱和蒸汽饱和水对干度x的说明：x=0饱和水x=1干饱和蒸汽0

≤x≤1在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义第二十四页，共四十六页，2022年，8月28日湿饱和蒸汽区状态参数的确定

如果有1kg湿蒸气，干度为x,即有xkg饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度xh,v,s第二十五页，共四十六页，2022年，8月28日水和水蒸气表两类2、未饱和水和过热蒸汽表1、饱和水和干饱和蒸汽表第二十六页，共四十六页，2022年，8月28日饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）第二十七页，共四十六页，2022年，8月28日饱和参数未饱和水和过热蒸汽表（节录）第二十八页，共四十六页，2022年，8月28日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。但原则上不为0，对水：

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。焓、内能、熵零点的规定：水的三相点第二十九页，共四十六页，2022年，8月28日饱和参数未饱和水和过热蒸汽表(注意下划线）第三十页，共四十六页，2022年，8月28日如何在图上表示功和热p-v图（示功图）：面积代表功能否用线段表示热和功T-s图（示热图）：面积代表热第三十一页，共四十六页，2022年，8月28日焓熵图的画法(1)1、零点：h=0，s=0；2、饱和汽线（上界线）、饱和液线（下界线）3、等压线群：p两相区pT=Const斜直线单相区sT向上翘的发散的形线C点为分界点，不在极值点上第三十二页，共四十六页，2022年，8月28日焓熵图hsCpx=1x=0pC第三十三页，共四十六页，2022年，8月28日焓熵图的画法(2)气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体两相区：T、p一一对应，T线即p线在x=0,x=1之间，从C点出发的等分线同理想气体一样，v

线比p

线陡4、定温线T5、等容线v6、等干度线x第三十四页，共四十六页，2022年，8月28日焓熵图hsCx=1x=0pvTx第三十五页，共四十六页，2022年，8月28日§7-5水蒸气的热力过程任务：确定初终态参数，计算过程中的功和热在p-v、T-s、h-s图上表示热力过程：

psT

v

第三十六页，共四十六页，2022年，8月28日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理想气体特有的性质和表达式不能用可逆第三十七页，共四十六页，2022年，8月28日水蒸气的定压过程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、换热器第三十八页，共四十六页，2022年，8月28日水蒸气的定压过程例：水从30℃

，4MPa,定压加热到450

℃

q=h2-h12Tshs2h1=129.3kJ/kgh2=3330.7kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kg第三十九页，共四十六页，2022年，8月28日水蒸气的绝热过程p12’pvp2不可逆过程：

汽轮机、水泵12可逆过程：

s12

12’q=0第四十页，共四十六页，2022年，8月28日水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=02’12Ts不可逆过程：

可逆过程：

sp1p2第四十一页，共四十六页，2022年，8月28日水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=0hs不可逆过程

可逆过程：

sp1p221h1h2h2’2’透平内效率

第四十二页，共四十六页，2022年，8月28日水蒸气