5章蒸汽的热力性质

第5章水蒸气的热力性质和过程第一节概述第二节水的定压汽化过程和水蒸气的p-v图及T-s图第三节水蒸气表第四节水蒸气的h-s图第五节水蒸气的基本热力过程1.熟练掌握水蒸汽的有关基本概念：（1）饱和水（饱和温度、饱和压力）（2）过冷度（过冷水）、过热度（过热蒸汽）（3）液体热、过热热、汽化潜热、干度、临界点（4）一点、两线、三区、五态2.熟练掌握水蒸汽的热力性质、水定压汽化过程和水蒸汽的P-V图、T-S图3.掌握水蒸汽表和利用水蒸汽表进行五态的相关基本计算4.掌握水蒸汽的h-S图和基本热力过程计算基本要求：RTbvvap))((2范德瓦尔方程实际气体的热力学能和焓不仅是温度的函数，且与体积有关，所以比热容也是温度和体积的函数。Rccvp水蒸汽的热力学能、焓和熵通过查图和表求得。实际气体的状态方程：理想气体：RTpv)(Tuu水蒸汽：------实际气体（不能用理想气体的状态方程）5.1概述第二节水的定压汽化过程和水蒸气的p-v图及T-s图汽化和液化汽化蒸发沸腾一、饱和温度和饱和压力饱和蒸汽饱和水饱和状态相应的温度和压力称为饱和温度（ts）和饱和压力，两者一一对应。ts=f(P)二、水的定压汽化过程容器中装有1kg水，MPap1.0C0atkgmva3001.00℃av100℃v100℃xv100℃v100℃vcddcpvTsababeessxs’ss”Tsvav’v”vxvs0pTabcedebavcd五个状态：（1）a：未饱和水（过冷水），tts过冷度t=ts-t,p、T是独立的状态参数，单相均匀系=f(p，T)。（2）b：饱和水，t=ts，p、T不再是独立的状态参数处于平衡态单相均匀系=f(p或T)。v’，u’，h’，s’（3）d：干饱和蒸汽，t=ts，p、T不再是独立的状态参数处于平衡态单相均匀系=f(p或T)。v”，u”，h”，s”（4）c：湿蒸汽，饱和水和饱和蒸汽的混合物t=ts，p、T不是独立的状态参数。处于平衡态双相非均匀系=f(p或T，x)。干度x：1kg湿蒸汽中含xkg的饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。ssxs’ss”Tsvav’v”vxvs0pTabcedebavcdvxvxvx1uxuxux1xhxhx1sxsxsx1（5）e：过热蒸汽，tts,过热度t=t-ts,p、T是独立的状态参数，单相均匀系=f(p,T)。三个阶段：1）定压预热阶段a-b：未饱和水变为饱和水。比液体热：2）定压汽化阶段b-c-d：饱和水变为干饱和蒸汽，既是定压又是定温的相变加热过程。比汽化潜热：3）定压过热阶段d-e：饱和蒸汽变成过热蒸汽，比过热热：Stooplassabhhdtcq0面积bssbdhh面积'dsdeshhdtcqttpS面积supssxs’ss”Tsvav’v”vxvs0pTabcedebavcd三、水蒸气的p-v图和T-s图x=0x=0x=1x=1p0vsT0CC湿蒸汽区湿蒸汽区过热蒸汽区过热蒸汽区未饱和水区未饱和水区1、一点二线三区五态。2、当压力升高时，饱和温度随之升高，汽化过程缩短，比汽化潜热减少，预热过程变长，比液体热增加。3、饱和水的比体积随压力的升高略有增加，而饱和蒸汽的比体积则随压力的升高明显的减小。4、临界点上的比汽化潜热为零，即汽化在一瞬间完成。ssxs’ss”Tsvav’v”vxvs0pTabcedebavcd（1）饱和水（饱和温度、饱和压力）（2）过冷度（过冷水）、过热度（过热蒸汽）（3）液体热、过热热、汽化潜热、干度、临界点（4）一点、两线、三区、五态p0vsT0x=1x=1x=0x=0CC湿蒸汽区湿蒸汽区过热蒸汽区过热蒸汽区未饱和水区未饱和水区5.3水蒸气表饱和水与饱和水蒸气表、未饱和水与过热蒸汽表一、饱和水与饱和水蒸气表1.按温度排列，附表2tp,v’，h’，s’，v”，h”，s”2.按压力排列，附表3pts,v’，h’，s’，v”，h”，s”湿蒸汽：v’，h’，s’v”，h”，s”xxvxhxs二、未饱和水与过热水蒸气表t，pv，h，su=h-pv三、计算步骤1、确定状态已知（p，t）tstts过热蒸汽tts未饱和水已知（p，v）v’,v”v’vv”湿蒸汽vv’未饱和水vv”过热蒸汽xSx，hx2、根据状态查相应的图或表，湿蒸汽查饱和水与饱和蒸汽表，再利用干度公式求出。3、热力学能利用公式u=h-pv求得。例P=0.5Mpa，v=0.36m3/kg，确定状态，并求出温度、比焓、比热力学能和比熵。查饱和水与饱和蒸汽表ts=151.85C，v’=0.0010928m3/kg，v”=0.37481m3/kg解：湿蒸汽96.0''vvvvxh’=640.1kJ/kg，h”=2748.5kJ/kgs’=1.8604kJ/(kgK)，s”=6.8215kJ/(kgK)kgkJhxxhhx/78.26631.640)96.01(5.274896.0')1()/(6231.68604.1)96.01(8215.696.0')1(KkgkJsxxssxkgkJpvhuxx/78.24831036.0105.078.2663365.4水蒸气的h-s图一、定压线：dqp=dh，dq=T.ds，定压预热阶段：向上凹曲的曲线；定压汽化阶段：直线；定压过热阶段：上凹曲的曲线。Tshp因T-s图分析循环有优点，但用于计算不方便；而h-s图用作数值计算很方便。hsx=1CpTx=0二、定温线：在湿蒸汽区定压线就是定温线，因而定温线在湿蒸汽区为直线；在过热蒸汽区为向右凸曲的曲线，越往右，定温线越趋于水平。三、定干度线：湿蒸汽区不同定压线上干度相同的状态点的连线。hsx=1CpTx=05.5水蒸气的基本热力过程目的：1）初、终状态参数；2）过程功、热量以及焓、熵的变化量。wuqtwhqpvuhhqpuqv21pdvwpvdwt2121Tdsq可逆过程求解步骤：1）根据初态已知条件查图或表得到其他状态参数。2）根据过程特征和终态参数查图或表得到其他终态参数。3）根据初、终状态参数求出功、热量以及焓、熵变化量。一、定容过程（v=常数)021pdvwv2121,ppvvdpwvt体积功技术功121211122212ppvhhvphvphuuqv二、定压过程（p=常数)1221vvppdvwp021,vdpwpt体积功技术功1211122212122112hhvpuvpuvvpuupdvuuqpp1x=1hs2t21x1三、定温过程（T=常数)四、绝热过程（s=常数)2112ssTTdsqT单位质量热量：11122212121212)(vphvphssTuussTuuqwTT)(121212,hhssThhqwTTt体积功：技术功：)()()(2221112112vphvphuuuuqwss2112,)(hhhhqwsst体积功：技术功：3hsp2p1t11221,hhwst1-2可逆过程：1-3不可逆过程：31',hhwst2131,,hhhhwwststoi绝热效率（相对内效率）：例p1=5MPa，t1=450C，p2=0.005Mpa，oi=0.9求x2，s2，wt，x2’，sg，wt’hsp2p1t112解：可逆过程1-2：p1，t1h1=3317kJ/kg，s1=6.8204kJ/(kgK)s2=s1=6.8204kJ/(kgK)p2s2’=0.4762kJ/(kgK)，s2”=8.3952kJ/(kgK)h2’=137.77kJ/kg，h2”=2561.2kJ/kg801.0''2222ssssxkgkJhxxhh/207977.137)801.01(2.2561801.0')1(222kgkJhhwt/123820793317212‘hsp2p1t112不可逆过程1-2’：kgkJwhhkgkJhhwwtoitoit/220312389.03317/11141221'''p2s2’=0.4762kJ/(kgK)，s2”=8.3952kJ/(kgK)h2’=137.77kJ/kg，h2”=2561.2kJ/kg852.0''22222;'hhhhx)/(22321.7')1(2'22'2'2KkgkJsxsxs)/(4028.01'2KkgkJsssg1.基本概念：（1）汽化、凝结（2）饱和状态（饱和温度、饱和压力）（3）过冷度（过冷水）、过热度（过热蒸汽）（4）液体热、过热热、汽化潜热、干度、临界点（5）一点、两线、三区、五态2.基本原理：（1）水的定压汽化过程(三个阶段：定压预热、定压汽化、定压过热）（2）水蒸汽的P-V图、T-S图(一点、两线、三区、五态)（3）水蒸气表a、饱和水（用’表示）和饱和水蒸汽表（用”表示）b、未饱和水和过热水蒸气表(热力学能用U=h-PV来计算)c、湿蒸汽用：Yx=XY”+(1-X)Y’来计算（4）h-S图（定压线P、定温线T、定干度线X）3.蒸汽的热力过程和应用(1)定容过程（2）定压过程（3）定温过程（4）绝热过程计算步骤：a、由两初态查表或图b、确定终态并查表c、计算qwwthS等。本章小结：