蒸汽的热力性质06

第二部分工质的热力性质第六章蒸汽的热力性质本章要求:1．了解单元工质的相图与相转变，知道p-T相图的特点。2．了解饱和液与饱和蒸气表的特点、参数范围、使用方法。3．了解未饱和液与过热蒸气表的结构及使用方法。4．掌握水蒸气和常用的制冷剂热力性质图表的使用，能灵活应用蒸汽的热力性质图表对实际工程中的能量转换过程进行分析、计算和研究。6－1单元工质的相图与相转变一p－T相图工质在通常的参数范围内可能呈现为气、液、固三种不同的相。P—T图表示出工质处于不同相的区域6－1单元工质的相图与相转变二p－v及T－s相图平衡共存的饱和液与饱和气分别为定压线及定温线上两个不同的状态点1′及1″所表示在一定压力下1kg饱和液转变为饱和气吸收的热量称为汽化潜热，用符号r表示，单位为kJ/kg6－3蒸汽的定压发生过程实际工程中，工质由液体转变成蒸气的设备(如锅炉、蒸气发生器、蒸煮设备等)内，工质的压力变化都很小，其中的过程可视为蒸气在定压下发生的过程。一些使蒸气凝结成液体的设备(如冷凝器)中的过程亦可视为在定压下的凝结过程。蒸汽的定压发生过程6－3蒸汽的定压发生过程蒸汽的定压发生过程液体加热阶段指工质由初始的未饱和液(或称过冷液)状态吸热达到饱和液的阶段气化阶段指饱和液吸热转变成相同压力下饱和蒸气的阶段，气化段的两个端点分别为饱和液及饱和蒸气状态，而线段中间的点则表示它们的混合物，通常称其为湿蒸气。湿蒸气中饱和蒸气占的质量成分称为干度温度高于相应压力下饱和温度的蒸气称为过热蒸气，超出的温度值(△t=t－ts)常称为过热度。将工质由饱和蒸气状态加热成所需温度过热蒸气的阶段称过热阶段。一点二线三区五状态6－4蒸汽热力性质表蒸气热力性质计算包括液体的参数计算、过热蒸气的参数计算和湿蒸气的参数计算。若有恰当的状态方程，它对液体和蒸气都有足够的精确度，且有较精确的蒸气压方程及比热容函数，就可以依据热力学一般关系对蒸气的热力性质进行计算，或将计算结果编制成蒸气热力性质图、表供工程应用。在计算技术高度发展的今天，直接用计算的方法获取所需工质状态参数的数值，己在工程研究和设计中日益广泛地采用。在更多的工程计算中还是应用蒸气热力性质图、表进行查算。6－4蒸汽热力性质表一基准点的选定热力学能和熵都是以它们的变化量定义的，某一状态下它们的数值与基准点的数值有关不同工质的热力性质图表对基准点有不同的选择。甚至不同著作者编制的同一种工质的热力性质图表也可能选定不同的基准点。在水蒸气热力性质图表中，基准点的选定是基本一致的：处于三相点的饱和水的热力学能及熵值为零对于氨蒸气、氟里昂蒸气等制冷工质，不同著作者编制的热力性质图表，选定的基准点多不相同6－4蒸汽热力性质表二饱和液及饱和蒸气热力性质表饱和液及饱和蒸气是可以两相平衡共存的状态，它们的独立强度参数只有一个对应一定的温度t，就有确定的饱和压力ps、饱和液的比体积v′、比焓h′、比熵s′、以及饱和蒸气的比体积v″、比焓h″、比熵s″。同样，在给定压力p以后，就可以确定饱和温度ts及饱和液、饱和蒸气的各个参数。附录表9、10、12、13、14分别给出H2O、NH3及R134a的饱和液及饱和蒸气热力性质表。6－4蒸汽热力性质表二饱和液及饱和蒸气热力性质表饱和液及饱和蒸气表还用以进行湿蒸气参数的计算例如，在给定湿蒸气的压力(或温度)及干度x的条件下，可以在表上查取饱和液的比体积v′及饱和蒸气的比体积v″，1kg湿蒸气中饱和蒸气所占容积为xv″、饱和液占的容积为(1—x)v′，因此湿蒸气的平均比体积vx为同理6－4蒸汽热力性质表三未饱和液及过热蒸气热力性质表未饱和液及过热蒸气在平衡时都呈单相状态，它们有两个独立的强度参数，只有给定了两个参数才能确定状态，从而确定其它参数为应用方便，工程上通常给定温度和压力制作未饱和液及过热蒸气热力性质表附录表11给出未饱和水及过热蒸汽热力性质表，附录表15给出制冷工质134a过热蒸气热力性质表。在有相区分界线的间隔内存在着相转变区域，故不能用处于分界线不同侧的参数值作内插计算6－4蒸汽热力性质表例题6.2工质H2O的压力为10MPa，在具有下列参数时它的状态点分别处于什么相区内：(1)t=280℃：(2)t=550℃；(3)v=0．01m3/kg；(4)h=2500kJ／kg；(5)h＝3500kJ／kg；(6)s=3．0kJ/(kg·K)6－4蒸汽热力性质表解：按p=10MPa查以压力为序的饱和水与饱和水蒸气表，得ts=311．037℃、v′＝0．0014522m3／kg、v″=0.0180226m3／kgh′＝1407．2kJ／kg、h″＝2724．46kJ/kg、s′=3．3591kJ/(kg·K)s″＝5．6139kJ/(kg·K)(1)t=280℃＜ts，H2O处于未饱和水区(2)t=550℃＞ts，H2O处于过热蒸汽区(3)v′＜v=0．01m3/kg＜v″，H2O处于湿蒸汽区(4)h′h=2500kJ／kg＜h″，H2O处于湿蒸汽区(5)h=3500kJ／kgh″，H2O处于过热蒸汽区(6)s=3．0kJ／(kg·K)s′，H2O处于未饱和水区6－5蒸汽热力性质图蒸气热力性质表中所列参数值的精确度较高，这是热力性质表的优点。热力性质表中的数据是离散的，应用中往往需要采用内插计算，带来应用的不便；数据表不能形象地表示热工设备中工质的热力过程。按照各种工程具体应用的要求，选用不同的参数坐标，将工质的热力状态参数关系制成线图供工程应用。这种线图称热力性质图。常用的热力性质图有热能动力工程中采用的焓—熵(h—s)图、制冷工程中采用的压—焓(p-h)图、深冷工程中常用的温—熵(T—s)图，等等。6－5蒸汽热力性质图一焓—熵(h-s)图换热设备的换热量、热力机械完成的技术功量常常都用设备进、出口工质的焓差计算，而熵是表达过程方向的参数，故以焓为纵坐标，熵为横坐标的焓—熵图在热能动力工程中广为应用6－5蒸汽热力性质图例题6.8参数p1=9MPa、t1=500℃的过热蒸汽进入汽轮机绝热膨胀到出口压力p2=0．005MPa。若将过程理想化为定熵过程，求过程作出的功量、出口蒸汽状态及干度。解：此题应用蒸汽的热力性质图进行计算、分析比较方便。按给定的pl、tl在h—s图上确定进口蒸汽状态点1，并查得h1＝3387.0kJ/kg、s1=6.659kJ／(kg·K)、v1=0．037m3/kg。按题意，由进口状态点1作定熵线与p2定压线的交点即为出口状态点2，并查得s2=s1=6.659kJ／(kg·K)、h2＝2028.0kJ／kg、v2＝22m3/kg、t2＝33℃x2=0.78定熵膨胀作功量wt＝h1－h2＝3387.0－2028.0＝1359.0kJ／kg6－5蒸汽热力性质图二压—焓(p—h)图蒸气压缩制冷循环的主要过程中包括制冷剂在蒸发器内的定压吸热过程，在冷凝器中的定压放热过程，和一个进、出口焓值相等的绝热节流过程。压力和焓值是确定、分析、计算蒸气压缩制冷循环的主要参数。因此，以压力为纵坐标、焓为横坐标的压—焓图在制冷工程中广为应用。6－5蒸汽热力性质图例题6.5氟里昂R134a在制冷设备中由压力p1＝1000kPa的饱和液(状态1)经绝热节流至p2=400kPa(状态2)；进入蒸发器定压吸热气化成饱和蒸气(状态3)；再由压缩机定熵压缩到初压p1(状态4)；最后在冷凝器中定压放热凝结为初态饱和液，完成循环。(1)将上述循环表示在氟里昂134a的T—s及p—h图上；(2)在蒸气热力性质图表中查取或计算出各状态点的温度、焓、熵、比体积及干度；(3)计算循环在蒸发器内的吸热量，在冷凝器中的放热量及压缩机的耗功量。6－5蒸汽热力性质图解：各状态点的参数可在R134的p—h图上直接查取。亦可应用蒸气热力性质表查算。本例用后一种方法求解。状态1为p1＝100kPa的饱和液，由以压力为序的氟里昂R134a饱和液及饱和蒸气热力性质表可查得:t1=39．39℃h1=255．53kJ/kgs1=1．1877kJ／(kg·K)v1=0．87091m3/kgx1=0为计算状态2的参数，先在表上查出p2=400kPa下的饱和液及饱和蒸气参数t2=8.93℃＝50．444m3／kg＝0．79220m3／kgh2＝403．16kJ／kg、h2＝212．16kJ／kg、s2＝1．7206kJ／(kg·K)1—2过程为绝热节流过程，过程前后的焓值相等。h2＝h1＝255．53kJ／kg小结1．了解单元工质的相图与相转变，知道p-T相图的特点。2．了解饱和液与饱和蒸气表的特点、参数范围、使用方法。3．了解未饱和液与过热蒸气表的结构及使用方法4．掌握水蒸气和常用的制冷剂热力性质图表的使用，能灵活应用蒸汽的热力性质图表对实际工程中的能量转换过程进行分析、计算和研究。。作业6－66－86－106－15。