工程热力学第七章lm

工程热力学第七章lm第1页，共33页，2023年，2月20日，星期四第七章水蒸气水的相变及相图水蒸气的定压发生过程水蒸气表和焓熵图水蒸气的基本热力过程第2页，共33页，2023年，2月20日，星期四为什么研究水蒸气？水蒸气是各种热力过程中广泛应用的重要工质。1.水蒸气容易获得2.热力参数适宜（膨胀性、传热性好）3.不污染环境应用广泛1.18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质。2.直到内燃机发明，才有燃气工质3.目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质水蒸气在空气中含量极少时，当作理想气体，一般情况下，为实际气体，是实际气体的典型代表。第3页，共33页，2023年，2月20日，星期四研究内容工程热力学研究的主要内容：1.能量转换的基本定律2.工质的基本性质与热力过程3.热功转换设备、工作原理基本性质热力过程水蒸气的基本热力过程水蒸气的产生与变化规律定压、定容定温、定熵水蒸气热力状态计算相变及相图定压发生过程水蒸气表焓熵图第4页，共33页，2023年，2月20日，星期四水的相变沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化汽化：由液相转变成气相的物理过程凝结：与汽化相反的过程。蒸发：汽液表面上的汽化汽化升华：由固态直接转变成气态的物理过程凝华：与升华相反的过程。物质有三种聚集状态：固相、液相、气相水的三态：冰、水、蒸汽第5页，共33页，2023年，2月20日，星期四饱和状态饱和状态：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6页，共33页，2023年，2月20日，星期四水的相图第7页，共33页，2023年，2月20日，星期四三相点与临界点水的临界点水的三相点三相态：固、液、汽三相共存的状态。三相态是汽液共存的曲线的最低点，也称三相点。临界点：汽化曲线的上方端点，此时饱和汽和饱和液具有完全相同的性质，呈现为均匀的单相。临界点：气液两相共存的最大压力和最大温度。高于临界压力时，液汽两相的转变不经历两相平衡共存的饱和状态，变化中物质总是呈现出均匀的单相。第8页，共33页，2023年，2月20日，星期四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’’预热汽化过热第9页，共33页，2023年，2月20日，星期四水蒸气的pv图和Ts图s一点，二线，三区，五态第10页，共33页，2023年，2月20日，星期四饱和液相线与饱和气相线相交的说明ptsv’(bar)v’’s’s’’kJ/(kg.K)0.0061121.05.050.0221.290.0199.63151.85263.92374.150.001000220.00104340.00109280.00128580.00326206.1751.69460.374810.039410.003260.01.30271.86042.92094.4299.15627.36086.82155.97124.429(bar)(℃)bdbd压力增大，饱和温度升高，水体积增加（液态水不可压）压力增大，饱和温度升高，蒸汽比容减小（p比T影响大）第11页，共33页，2023年，2月20日，星期四定压加热线与饱和液相线接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12页，共33页，2023年，2月20日，星期四湿蒸汽的描述——干度湿蒸汽：饱和温度下形成的饱和液体与饱和蒸汽的混合物干度

x＝湿蒸汽中含干蒸汽的质量湿蒸汽的总质量（1-x）称为湿度，表示湿蒸汽中饱和水的含量。特殊情况x＝0：干蒸汽含量为0，饱和液体（饱和液体线）x＝1：饱和水含量为0，干饱和蒸汽（饱和蒸汽线）在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义第13页，共33页，2023年，2月20日，星期四水蒸汽参数计算——独立参数状态公理：简单可压缩系统，两个独立参数未饱和水及过热蒸汽：2个独立参数，p，T饱和水及饱和蒸汽：p＝f（T），1个独立参数，p或T湿饱和蒸汽：p，T不独立，参数与两相比例有关，p或T，干度x需要几个已知条件才能确定水和水蒸气的状态？克拉贝龙方程：第14页，共33页，2023年，2月20日，星期四水蒸气参数计算——零点的规定计算变化量，原则上可任取零点，国际上统一规定。1963，国际水蒸气会议规定：以水物质在三相（纯水的冰、水和汽）平衡共存状态下的饱和水作为基准点，基准点的热力学能和熵为0。但原则上不为0，对水：

水的三相点第15页，共33页，2023年，2月20日，星期四水蒸气参数计算1.温度为0.01℃，压力为p的未饱和水水的压缩性小，变化时，，，，2.温度为ts℃，压力为p的饱和水0.01℃ts℃定pql液体热第16页，共33页，2023年，2月20日，星期四水蒸气参数计算3.压力为p的干饱和蒸汽4.压力为p的湿饱和蒸汽第17页，共33页，2023年，2月20日，星期四水蒸气表两类，三种1.饱和水与饱和蒸汽表2.未饱和水和过热蒸汽表——按压力和温度排列按温度排列按压力排列第18页，共33页，2023年，2月20日，星期四饱和水和饱和水蒸气表按温度排列按压力排列第19页，共33页，2023年，2月20日，星期四未饱和水与过热蒸汽表第20页，共33页，2023年，2月20日，星期四焓熵图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：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21页，共33页，2023年，2月20日，星期四焓熵图hsCpx=1x=0pC第22页，共33页，2023年，2月20日，星期四焓熵图气相区：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大于0热蒸汽区小于0第23页，共33页，2023年，2月20日，星期四焓熵图hsCx=1x=0pvTx第24页，共33页，2023年，2月20日，星期四水蒸气的基本热力过程分析热力过程的任务：揭示状态变化规律与能量传递之间的关系，从而计算热力过程中工质状态参数的变化以及与外界交换的热量与功量。分析蒸汽热力过程的一般步骤：1.根据已知的初态参数求得其它状态参数——蒸汽图表2.根据过程特点和终态部分参数确定终态参数3.在热力状态图中表示初终态和过程线——hs，Ts，pv4.计算热量、功和热力学能变化量。第25页，共33页，2023年，2月20日，星期四计算方法水蒸气与理想气体的不同之处理想气体状态方程不能应用于水蒸气的计算，水蒸气是实际气体，没有适当且简单的状态方程式。水蒸气的Cp，Cv，h，u都不是温度的单值函数，而是p或v和T的复杂函数。不能采用分析方法计算求解状态参数应用蒸汽性质图表，结合热力学基本关系式、热力学第一定律第26页，共33页，2023年，2月20日，星期四水蒸气与理想气体的不同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过程功及热的表达式成立第27页，共33页，2023年，2月20日，星期四定压过程12锅炉中水的加热过程，水蒸气冷凝过程均可视为定压过程第28页，共33页，2023年，2月20日，星期四定容过程12第29页，共33页，2023年，2月20日，星期四定温过程1