工程熱力學(xué)6Chapter6水蒸氣(New)

Chapter6水蒸氣概述（一）本章的目的熟悉水的性質(zhì)；掌握典型的水蒸氣圖、表的應(yīng)用（二）物質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)的表示方法

1.方程；2.表格；3.圖形(figure),(曲線curve)（三）純物質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)圖、表的維數(shù)

Gibbs相律：

f=C－

+2，對(duì)純物質(zhì)：Cmin=1、fmax=2§6.1基本概念一、與相變有關(guān)的概念1.氣化:物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過(guò)程叫氣化。

(1)蒸發(fā):在液體表面進(jìn)行的氣化過(guò)程。(2)沸騰:從液體中形成氣泡而出現(xiàn)的氣化過(guò)程。1Chapter6水蒸氣

§6.1基本概念一、與相變有關(guān)的概念

2.冷凝:自由空間中的蒸汽分子碰撞回到液面而凝成液體

3.相變潛熱:1摩爾的液體在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下蒸發(fā)變成飽和蒸汽所吸收的熱稱為該液體的摩爾相變熱。

4.相平衡狀態(tài):當(dāng)物質(zhì)分子從液體中逃逸到氣相中的速度與從氣相中回到液相中的速度相等時(shí)的狀態(tài)稱為汽液平衡狀態(tài)。注意:汽液平衡狀態(tài)為動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。

5.飽和蒸氣壓:處于汽液平衡狀態(tài)時(shí)氣相中物質(zhì)所具有的壓力稱為此溫度下的飽和蒸氣壓,簡(jiǎn)稱蒸氣壓。2§6.1基本概念二、與狀態(tài)有關(guān)的概念

1.未飽和水狀態(tài):液面上水的蒸氣壓小于其對(duì)應(yīng)溫度的飽和蒸氣壓的狀態(tài)。或水溫小于對(duì)應(yīng)外壓的飽和溫度的狀態(tài)。如:p0=101325Pa,對(duì)應(yīng)的ts=100℃,當(dāng)t＜100℃時(shí),水為未飽和水。

2.飽和水狀態(tài):液面上水的蒸氣壓剛好等于其對(duì)應(yīng)溫度的飽和蒸氣壓,但此時(shí)仍為液態(tài)水的狀態(tài)。

3.濕蒸汽狀態(tài):液面上水的蒸氣壓等于其對(duì)應(yīng)溫度的飽和蒸氣壓,但此時(shí)體系為飽和液態(tài)水與飽和蒸汽兩相共存的狀態(tài)。

4.飽和蒸汽狀態(tài):此時(shí)蒸汽的壓力等于對(duì)應(yīng)溫度下的飽和蒸氣壓,且體系剛好處于全是飽和蒸汽的單相狀態(tài)。5.過(guò)熱蒸氣狀態(tài):單相,蒸氣壓力小于對(duì)應(yīng)溫度的飽和蒸氣壓的狀態(tài)。如:p=101325Pa的水蒸汽,當(dāng)其溫度t＞100℃時(shí),則此蒸氣為過(guò)熱蒸氣3§6.1基本概念三、干度（x）

1.干度的定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量濕蒸汽中所含飽和蒸汽的質(zhì)量稱為濕蒸汽的干度。

2.干度的計(jì)算當(dāng)m=1kg時(shí)，x=mg對(duì)任一濕蒸汽的熱力學(xué)容量性質(zhì)(M=V,U,H,S,A,G)：M=M

(1－x)+M

x4§6.2水蒸氣表及其應(yīng)用

一、表的基準(zhǔn)點(diǎn)

三相點(diǎn)的液態(tài)水:u0=0、s0=0,p=611.2Pa,v=0.0010002m3/kg。其焓值:h0=u0+p0v0=0+611.2

0.0010002

10

3=0.000611kJ/kg很顯然,該值在工程計(jì)算中作為零處理時(shí),計(jì)算精度已足夠。

二、表的種類與組成

1.飽和水及飽和蒸汽表(表A——按溫度排列、表B——按壓力排列)

2.未飽和水(過(guò)冷水)與過(guò)熱水蒸氣表（P164~168）5§6.2水蒸氣表及其應(yīng)用三、水蒸氣表的應(yīng)用

(一)查數(shù)據(jù)

1.方法

（1）線性內(nèi)插法；（2）Lagrange插值法;（3）差分與牛頓插值法；（4）差分與等距點(diǎn)插值法；（5）分段插值法；（6）三次樣條插值法等。舉例——線性內(nèi)插法（計(jì)算軟件演示）6§6.2水蒸氣表及其應(yīng)用三、水蒸氣表的應(yīng)用

(一)查數(shù)據(jù)2.舉例——線性內(nèi)插法（1）如查107.5℃時(shí)飽和水的蒸汽壓ps=？

t1=100℃p1s=1.01325

105t=107.5℃ps=？t2=110℃p2s=1.4326

105=1.3278

105Pa

7§6.2水蒸氣表及其應(yīng)用三、水蒸氣表的應(yīng)用

(一)查數(shù)據(jù)舉例——線性內(nèi)插法（2）查1.2MPa、464℃時(shí)水蒸汽的焓值h=？kJ/kg

（MPa）t（℃）

p1=1.0p=1.2p2=2.0t1=400h11=3263

h12=3240t=464h1=?(3401.24)h=?(3398.18)h2=?(3385.92)t2=500h21=3479

h22=34688§6.2水蒸氣表及其應(yīng)用(二)進(jìn)行熱力計(jì)算如過(guò)程熱效應(yīng)的計(jì)算,已知初始狀態(tài)(p1,t1),最終狀態(tài)(p2,t2),由水蒸汽表可查得對(duì)應(yīng)狀態(tài)下的焓值h1、h2,則:Q

=m(h2－h(huán)1)舉例,例6-1水在某狀態(tài)變化過(guò)程中,開(kāi)始時(shí)p1=12MPa,t1=40℃,過(guò)程變化結(jié)束時(shí)為水蒸氣,p2=12MPa,t2=500℃。問(wèn):(1)過(guò)程開(kāi)始和結(jié)束時(shí)水和蒸汽所處的狀態(tài);(2)在該過(guò)程中1kg水的焓變;(3)水在該過(guò)程中與外界交換的熱量。解:(1)查附錄“水和過(guò)飽和蒸汽表”得:

t1=40℃,p1=12MPa時(shí),水為未飽和水,其焓值h1=178.2kJ/kg

t2=500℃,p2=12MPa時(shí),蒸氣為過(guò)熱水蒸氣,h2=3347kJ/kg (2)過(guò)程的焓變:

h=h2-h1=3347-178.2=3168.8kJ/kg (3)過(guò)程中與外界交換的熱:qp=

h=3168.8kJ/kg。9§6.2水蒸氣表及其應(yīng)用(1)p

HＶ

，由

HＶ～p之間的關(guān)系

思考：作為加熱用水蒸汽，宜用多大壓力？宜用中、低壓蒸汽！(2)飽和蒸汽hg與p之間的關(guān)系,先升后降;飽和水hl隨p的升高而升高;sg隨p升高下降;sl隨p升高增大。(3)p較低時(shí)，只要T一定，hg變化不大；思考：說(shuō)明此時(shí)水蒸汽的性質(zhì)符合什么形為？符合理想氣體的形為！(4)T一定，p

hg

，hl變化不大；思考：說(shuō)明了什么？

(?hg/?p)T≠0或?0,(?hl/?p)T≈0(5)H2O(l),T一定,p變化,Hl、Sl變化不大,故有時(shí)未飽和水可用飽和水性質(zhì)替代。思考：說(shuō)明了什么？(三)了解或熟悉水的性質(zhì)

如可通過(guò)對(duì)水蒸汽表中水的物性數(shù)據(jù)的觀察,了解H2O隨T、p的變化規(guī)律。思考?。?0§6.3水蒸氣圖及其應(yīng)用

一、溫—熵圖(T-s圖)（一）圖的基準(zhǔn)點(diǎn)、（二）圖中點(diǎn)、線、面的含義

11§6.3水蒸氣圖及其應(yīng)用

二、焓—熵圖(h-s圖)（一）圖的基準(zhǔn)點(diǎn)、（二）圖中點(diǎn)、線、面的含義

12§6.3水蒸氣圖及其應(yīng)用三、典型熱力過(guò)程在T-s、h-s圖上的表示(一)等壓加熱或冷卻過(guò)程1.定壓加熱或冷卻過(guò)程在T-s圖上的表示2.定壓加熱或冷卻過(guò)程在h-s圖上的表示q=h2

h1

13§6.3水蒸氣圖及其應(yīng)用三、典型熱力過(guò)程在T-s、h-s圖上的表示(二)可逆與不可逆絕熱過(guò)程1.可逆絕熱過(guò)程在T-s圖上的表示2.可逆絕熱過(guò)程在h-s圖上的表示14§6.3水蒸氣圖及其應(yīng)用三、典型熱力過(guò)程在T-s、h-s圖上的表示(三)可逆定溫過(guò)程1.可逆定溫過(guò)程在T-s圖上的表示

2.可逆定溫過(guò)程在h-s圖上的表示

15§6.3水蒸氣圖及其應(yīng)用三、典型熱力過(guò)程在T-s、h-s圖上的表示(四)節(jié)流膨脹過(guò)程

1.節(jié)流過(guò)程的特點(diǎn)——節(jié)流前后流體的焓值相等

2.各類節(jié)流過(guò)程在T-s圖中的表示16§6.3水蒸氣圖及其應(yīng)用三、典型熱力過(guò)程在T-s、h-s圖上的表示(五)簡(jiǎn)單蒸汽動(dòng)力循環(huán)過(guò)程

17§6.3水蒸氣圖及其應(yīng)用三、典型熱力過(guò)程在T-s、h-s圖上的表示(六)簡(jiǎn)單蒸氣壓縮制冷循環(huán)過(guò)程

18水蒸氣的應(yīng)用課堂練習(xí)利用水蒸汽表計(jì)算1kg水從95℃,0.1MPa變化到535℃,10.8MPa時(shí)

h之值。

解:查水蒸汽表得:

p1=10MPap1=10.8p2=12MPat1=500℃h11=3372kJ/kg

h12=3347kJ/kgt=535℃h1=3459.15kJ/kghg=3450.13h2=3436.6kJ/kgt2=600℃h12=3621kJ/kg

h22=3603kJ/kg經(jīng)三次線性內(nèi)插得：535℃、10.8MPa時(shí)h2=3450.13kJ/kg水95℃、0.1MPa時(shí)為未飽和水,因附錄缺乏未飽和水?dāng)?shù)據(jù),故用95℃飽和水的焓替代，查得:hl