大二上工程热力学第6章

作业6-16-36-4第六章

水和水蒸气的性质Thepropertyofwaterandvapor水和水蒸气是实际工质的代表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，蒸汽机的发明，是唯一工质

后来发明了内燃机，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，传热性能好是其它实际气体的代表本章主要内容1.

实际工质的热物性3.

水蒸气图表的结构和应用4.

水蒸气热力过程2.

水蒸气的产生过程水蒸气蒸气蒸汽SteamVaporWaterVapor§

6-1

纯物质的热力学面及相图物质的三种聚集态：固态、液态、气态热力学面：以p,v,T三维坐标系表示物质各种状态的曲面水的三态：冰、水、蒸汽Puresubstance

Solid

Liquid

Gas

Ice

Water

Steam

水的热力学面两相区单相区气液固pvT6个区：3个单相区、3个两相区液-气固-气固-液pvT饱和线、三相线和临界点pv4个线：3个饱和线、1个三相线饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临界点1个点：临界点SaturationlineTriplelineCriticalpointp-T相图临界点Criticalpoint水的临界点状态参数饱和液线与饱和气线的交点气液两相共存的pmax,Tmax临界点等温线水平切线拐点纯物质的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

思考题4.有没有500ºC的水？1.溜冰冰刀2.北方冬天在外边晾衣服，是否经过液相？3.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，它是否一定会全变成蒸汽？§6-2

汽化与饱和沸腾：界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)汽化:

由液态变成气态的物理过程

(不涉及化学变化)蒸发：只发生汽液界面上的汽化BoilVaporization饱和状态Saturationstate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

ps＝f(Ts)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℃SaturationtemperatureSaturationpressure§6-3

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’’未饱和水饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽h<h’h=h’h=h’’h’<h<h’’h>h’’s<s’s=s’s=s’’s’<s<s’’s>s’’水预热汽化过热水蒸气定压发生过程说明(1)(2)(3)理想气体实际物质汽化时，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

加热时熵永远增加StateofLiquidandVapor未饱和液，过冷液饱和液湿饱和蒸气（湿蒸气）(干)饱和蒸气过热蒸气SaturatedliquidSaturatedvaporSaturatedliquid-vapormixtureSuperheatedvaporCompressedliquidSubcooledliquid汽化潜热Latentheatofvaporization压缩液sp-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程1点，2线，3区，5态2线:饱和水线，饱和蒸汽线3区：过冷水区，湿蒸汽区，过热蒸汽区5态：过冷水，饱和水，湿蒸汽，饱和蒸汽，过热蒸汽等压线上饱和态参数ptsv’(m3/kg)v’’s’s’’kJ/(kg.K)0.0061120.010.00100022206.1750.09.15621.099.630.00104341.69461.30277.36085.0151.850.00109280.374811.86046.821550.0263.920.00128580.039412.92095.9712221.29374.150.003260.003264.4294.429(bar)(℃)bdbd吉布斯相律Gibbsphaserule无化学反应时，热力系独立参数数目为独立强度参数数组元数相数对于水单元系单相2个（p和T）两相1个（p或T）三相0个（p和T定值）四相不能处理§6-4

水和水蒸气状态参数的确定及其热力性质图表§6-4-1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Vaporquality湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽区状态参数的确定

如果有1kg湿蒸气，干度为x,即其含有xkg干饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度xh,v,s§6-4-2水和水蒸气热力性质表两类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）饱和参数未饱和水和过热蒸汽表（节录）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，对于水：

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：水的三相点查表举例1查表时先要确定在五态中的哪一态。例1.

已知：p=1MPa,试确定t=100℃,200℃

各处于哪个状态,各自h是多少？ts(p)=179.88℃t=100℃<

ts,未饱和水h=419.7kJ/kgt=200℃>

ts,过热蒸汽h=2827.5kJ/kg查表举例2已知t=250℃,5kg

蒸汽占有0.2m3容积,试问蒸汽所处状态?h=?t=250℃,

湿蒸汽状态查表举例2（续）已知t=250℃,5kg

蒸气占有0.2m3容积,试问蒸气所处状态?h=?t=250℃,

湿蒸汽状态查表举例3

在一刚性容器内充满p=0.1MPa，t=20℃的水。由于太阳照射，使其温度升为40℃,求此时容器所承受的压力。p=0.1MPat=20℃t=40℃容积未变储液罐很危险，不能装满！

查表举例4已知p=0.015MPa,

t=85℃,试确定状态?h=?ts=54.0℃,

过热状态p=0.015MPa时线性内插p=0.01MPat=85℃p=0.02MPat=85℃p=0.015MPat=85℃解：饱和参数未饱和水和过热蒸汽表(注意下划线）水蒸气焓熵图1、零点：h=0，s=0；2、饱和液线（下界线）、饱和汽线（上界线）3、等压线群：p两相区pT=Const斜直线过热区sT向上翘的发散的形线C点为临界点，不在极值点上水蒸气焓熵图（续）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焓熵图Enthalpy-entropydiagramhsCx=1x=0pvTx工程上使用较多的是高干度湿蒸汽区和过热蒸汽区§6-5水蒸气的热力过程任务：1.由已知条件查图表，确定初终态参数

2.在p-v、T-s、h-s图上表示状态点

3.计算过程中的功和热热力过程：

ps

T

v

ThermalProcessofSteam作业6-66-76-10注意与理想气体过程的区别热一律、热二律等表达式均成立理想气体的性质和表达式可否使用？准静态可逆1.水蒸气的定压(Isobaric)过程q=hwt=0342pv1例：锅炉中，水从30℃

，4MPa,定压加热到450

℃

q=h2-h1查表得ts(4MPa)=250.33℃锅炉、换热器水蒸气的定压过程(续)例：水从30℃

，4MPa,定压加热到450

℃

q=h2-h1=2Tshs2查表or图：h1=129.3kJ/kg，h2=3330.7kJ/kgh2h11341433201.4kJ/kg2.水蒸气的绝热(Adiabatic)过程p12’pvp2不可逆过程：

汽轮机、水泵12可逆过程：

s12

12’q=0汽轮机水蒸气的绝热过程（续）汽轮机q=02’12Ts不可逆过程：

可逆过程：

sp1p2水蒸气的绝热过程（续）汽轮机q=0hs不可逆过程

可逆过程：

sp1p221h1h2h2’2’透平内效率

水蒸气的绝热过程举例hsp1p221h1h2h2’2’例：汽轮机

求：解：由

t1、p