工程熱力學(xué)第六章水蒸氣課件

第六章水蒸氣的性質(zhì)和過程朱嘉敏第六章朱嘉敏1水和水蒸氣是實(shí)際氣體的代表1優(yōu)點(diǎn):便宜，易得，無毒，膨脹性能好，傳熱性能好水蒸氣在空氣中含量極小，當(dāng)作理想氣體一般情況下，為實(shí)際氣體，使用圖表目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)水和水蒸氣是實(shí)際氣體的代表1優(yōu)點(diǎn):便宜，易得，無毒，水蒸氣2冰、水、蒸汽物質(zhì)有三種聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)純物質(zhì)的熱力學(xué)面及相圖6-1熱力學(xué)面：以p,v,T表示的物質(zhì)各種狀態(tài)的曲面水的三態(tài)：純物質(zhì)：各相中化學(xué)成分均相同的物質(zhì)冰、水、蒸汽物質(zhì)有三種聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)純物質(zhì)的熱力3純物質(zhì)的熱力學(xué)面及相圖6-1兩相區(qū)單相區(qū)氣固pvT六個區(qū)：三個單相區(qū)、三個兩相區(qū)液--氣固--氣固--液pvT液純物質(zhì)的熱力學(xué)面及相圖6-1兩相區(qū)單相區(qū)氣固pvT六個區(qū)：三4純物質(zhì)的熱力學(xué)面及相圖6-1pv四個線：三個飽和線、一個三相線飽和氣線飽和固線T臨界點(diǎn)飽和液線氣液共存的最高點(diǎn)三相線等溫線是鞍點(diǎn)純物質(zhì)的熱力學(xué)面及相圖6-1pv四個線：三個飽和線、一個三相5固－液液體固體三相點(diǎn)蒸汽固－汽液－汽Cpt氣體（汽化線）（凝固線）（升華線）臨界點(diǎn)0.01℃22.129MPa374.15℃611.2Pa有沒有500oC的水？溜冰冰刀北方冬天晾在外邊的衣服，是否經(jīng)過液相有沒有-3℃

的蒸汽？固－液液體固體三相點(diǎn)蒸汽固－汽液－汽Cpt氣體（汽化線）（凝6ppTT液液氣氣固固水一般物質(zhì)三相點(diǎn)三相點(diǎn)臨界點(diǎn)流體升華線升華線凝固線凝固線汽化線汽化線流體ppTT液液氣氣固固水一般物質(zhì)三相點(diǎn)三相點(diǎn)臨界點(diǎn)流體升華線升7汽化與飽和6-2固相不流動，熱力工程中更關(guān)心液、氣相以及液-氣共存。沸騰：表面和液體內(nèi)部同時發(fā)生的汽化(氣體和液體均處在飽和狀態(tài)下)飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡蒸發(fā)：汽液表面上的汽化汽化汽化與飽和6-2固相不流動，熱力工程中更關(guān)心液、氣相以及液-86-3液體分子脫離其表面的汽化速度汽體分子回到液體中的凝結(jié)速度＝這時液體與蒸汽處于動態(tài)平衡狀態(tài)，稱為飽和狀態(tài)p

s飽和水飽和蒸汽汽化與飽和飽和壓力飽和溫度一一對應(yīng)ps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高壓鍋ps=1.6barTs=113.32℃6-3液體分子脫離其表面的汽化速度汽體分子回到液體中的凝結(jié)速9水蒸氣的定壓發(fā)生過程6-3t<tst=tst=tst=tst>tsv<v’v=v’v=v’’v’<v<v’’v>v’’未飽和水飽和水飽和濕蒸汽飽和干蒸汽過熱蒸汽h<h’h=h’h=h’’h’<h<h’’h>h’’s<s’s=s’s=s’’s’<s<s’’s>s’’水預(yù)熱汽化過熱水蒸氣的定壓發(fā)生過程6-3t<tst=tst=t10水蒸氣的定壓發(fā)生過程6-3(1)(2)只有熵加熱時永遠(yuǎn)增加(3)理想氣體實(shí)際氣體汽化時，T＝Ts不變，但h增加汽化潛熱(4)未飽和水過冷度過冷水過熱蒸汽過熱度水蒸氣的定壓發(fā)生過程6-3(1)(2)只有熵加熱時永遠(yuǎn)增加(11水蒸氣的定壓發(fā)生過程6-3ptsv’(bar)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)(℃)bdbdv’’水蒸氣的定壓發(fā)生過程6-3ptsv’(bar)s’s’’kJ12水蒸氣的定壓發(fā)生過程6-3水蒸氣的定壓發(fā)生過程6-313水蒸氣的定壓發(fā)生過程6-3定壓加熱線與飽和液線相近的說明當(dāng)忽略液體cp變化，不同的p，液體近似不可壓，v不變對每個不變的T水蒸氣的定壓發(fā)生過程6-3定壓加熱線與飽和液線相近的說明當(dāng)忽14水蒸氣的定壓發(fā)生過程6-3一點(diǎn)：臨界點(diǎn)二線：下界線（飽和水線）上界線（干飽和蒸汽線）三區(qū)：未飽和水區(qū)、濕蒸汽區(qū)、過熱蒸汽區(qū)五態(tài)：未飽和水態(tài)、飽和水態(tài)、濕飽和蒸汽水態(tài)、干飽和蒸汽水態(tài)、過熱蒸汽態(tài)sT水蒸氣的定壓發(fā)生過程6-3一點(diǎn)：臨界點(diǎn)sT15水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表6-42、未飽和水及過熱蒸汽確定任意兩個獨(dú)立參數(shù)，如：p、T1、飽和水和干飽和蒸汽確定p或T水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表6-42、未飽和水及過熱蒸汽確定任16濕飽和蒸汽區(qū)狀態(tài)參數(shù)的確定

如果有1kg濕蒸氣，干度為x,即有xkg飽和蒸汽，(1-x)kg飽和水。已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度xh,v,s濕飽和蒸汽區(qū)狀態(tài)參數(shù)的確定如果有1kg濕蒸氣17定義干飽和蒸汽對干度x的說明：x=0飽和水x=1干飽和蒸汽0≤x≤1在過冷水和過熱蒸汽區(qū)域，x無意義兩相比例由干度x確定飽和水水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表6-4定義干飽和蒸汽對干度x的說明：x=0飽和水x=18一點(diǎn)兩線三區(qū)五態(tài)一點(diǎn)物質(zhì)的臨界點(diǎn)兩線飽和蒸汽狀態(tài)連線（上界限線）飽和液體狀態(tài)連線（下界限線）三區(qū)汽態(tài)區(qū)：上界限線與臨界等溫線上段右側(cè)區(qū)域液態(tài)區(qū)：下界限線與臨界等溫線上段左側(cè)區(qū)域濕蒸汽區(qū)：上、下界限線之間的鍾罩形區(qū)域一點(diǎn)兩線三區(qū)五態(tài)一點(diǎn)物質(zhì)的臨界點(diǎn)兩線飽和蒸汽狀態(tài)連線（上界限19定義干飽和蒸汽對干度x的說明：x=0飽和水x=1干飽和蒸汽0≤x≤1在過冷水和過熱蒸汽區(qū)域，x無意義兩相比例由干度x確定飽和水水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表6-4定義干飽和蒸汽對干度x的說明：x=0飽和水x=20水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表6-4水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表6-421水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表6-4水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表6-422表的出處和零點(diǎn)的規(guī)定原則上可任取零點(diǎn)，國際上統(tǒng)一規(guī)定。但原則上不為0，對水：

表依據(jù)1963年第六屆國際水和水蒸氣會議發(fā)表的國際骨架表編制，盡管IFC（國際公式化委員會）1967和1997年先后發(fā)表了分段擬合的水和水蒸氣熱力性質(zhì)公式，但工程上還主要依靠圖表。焓、內(nèi)能、熵零點(diǎn)的規(guī)定：水的三相點(diǎn)表的出處和零點(diǎn)的規(guī)定原則上可任取零點(diǎn)，國際上統(tǒng)一規(guī)定。但查表舉例（1）查表時先要確定在五態(tài)中的哪一態(tài)。例.1

已知：p=1MPa,試確定t=100℃,200℃

各處于哪個狀態(tài),各自h是多少？ts(p)=179.88℃t=100℃<

ts,未飽和水h=419.7kJ/kgt=200℃>

ts,過熱蒸汽h=2827.5kJ/kg查表舉例（1）查表時先要確定在五態(tài)中的哪一態(tài)。例.1已查表舉例（2）已知t=250℃,5kg

蒸汽占有0.2m3容積,試問蒸汽所處狀態(tài)?h=?t=250℃,

濕蒸汽狀態(tài)查表舉例（2）已知t=250℃,5kg蒸汽占有0.2m查表舉例（2）已知t=250℃,5kg

蒸氣占有0.2m3容積,試問蒸氣所處狀態(tài)?h=?t=250℃,

濕蒸汽狀態(tài)查表舉例（2）已知t=250℃,5kg蒸氣占有0.2m飽和參數(shù)未飽和水和過熱蒸汽表(注意下劃線）飽和參數(shù)未飽和水和過熱蒸汽表(注意下劃線）焓熵圖的畫法(1)1、零點(diǎn)：h=0，s=0；2、飽和汽線（上界線）、飽和液線（下界線）3、等壓線群：p兩相區(qū)pT=Const斜直線單相區(qū)sT向上翹的發(fā)散的形線C點(diǎn)為分界點(diǎn)，不在極值點(diǎn)上焓熵圖的畫法(1)1、零點(diǎn)：h=0，s=0；2、飽和汽線（上焓熵圖hsCpx=1x=0pC焓熵圖hsCpx=1x=0pC焓熵圖的畫法(2)氣相區(qū)：離飽和態(tài)越遠(yuǎn)，越接近于理想氣體兩相區(qū)：T、p一一對應(yīng)，T線即p線在x=0,x=1之間，從C點(diǎn)出發(fā)的等分線同理想氣體一樣，v

線比p

線陡4、定溫線T5、等容線v6、等干度線x焓熵圖的畫法(2)氣相區(qū)：離飽和態(tài)越遠(yuǎn)，越接近于理想氣體兩相焓熵圖hsCx=1x=0pvTx焓熵圖hsCx=1x=0pvTx§6-5水蒸氣的熱力過程任務(wù)：確定初終態(tài)參數(shù)，計(jì)算過程中的功和熱在p-v、T-s、h-s圖上表示熱力過程：

ps

T

v

§6-5水蒸氣的熱力過程任務(wù)：確定初終態(tài)參數(shù)，熱力過程注意理想氣體過程的區(qū)別第一定律與第二定律表達(dá)式均成立理想氣體特有的性質(zhì)和表達(dá)式不能用準(zhǔn)靜態(tài)可逆注意理想氣體過程的區(qū)別第一定律與第二定律表達(dá)式均成立理想氣體水蒸氣的定壓過程q=hwt=0342pv1例：鍋爐中，水從30℃

，4MPa,定壓加熱到450

℃

q=h2-h1ts(4MPa)=250.33℃鍋爐、換熱器水蒸氣的定壓過程q=h342pv1例：鍋爐中，水從30水蒸氣的定壓過程例：水從30℃

，4MPa,定壓加熱到450

℃

q=h2-h12Tshs2h1=129.3kJ/kgh2=3330.7kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kg水蒸氣的定壓過程例：水從30℃，4MPa,定壓加熱到45水蒸氣的絕熱過程p12’pvp2不可逆過程：

汽輪機(jī)、水泵12可逆過程：

s12

12’q=0水蒸氣的絕熱過程p12’pvp2不可逆過程：汽輪機(jī)、水泵1水蒸氣的絕熱過程汽輪機(jī)、水泵q=02’12Ts不可逆過程：

可逆過程：

sp1p2水蒸氣的絕熱過程汽輪機(jī)、水泵q=02’12Ts不可逆過程水蒸氣的絕熱過程汽輪機(jī)、水泵q=0hs不可逆過程

可逆過程：

sp1p221h1h2h2’2’透平內(nèi)效率

水蒸氣的絕熱過程汽輪機(jī)、水泵q=0hs不可逆過程可逆過水蒸氣的定溫過程pv實(shí)際設(shè)備中很少見TCTcT遠(yuǎn)離飽和線，接近于理想氣體水蒸氣的定溫過程pv實(shí)際設(shè)備中很少見TCTcT遠(yuǎn)離飽和線，接水蒸氣的定溫過程12Tshs122’理想氣體

可逆過程：12’水蒸氣的定溫過程12Tshs122’理想氣體可逆過程：12朗肯循環(huán)

簡單蒸汽動力裝置的主要熱力設(shè)備：蒸汽鍋爐、汽輪機(jī)、給水泵和冷凝器。

蒸汽動力裝置的工作循環(huán)可以理想化為由兩個可逆定壓過程和兩個可逆絕熱過程組成的理想循環(huán)。即