08机械热力学第07章 水蒸汽

18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质直到内燃机发明，才有燃气工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质优点:便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好第七章水蒸气1.在热力设备中，水蒸气是实际气体。因水蒸气距液态不远，且常有集态的变化。如在本章及蒸汽动力循环中；热力参数的查取用图表法。2.在湿空气中，水蒸气含量极小，近似看作理想气体，因pv很低(过热度很大)，见第十四章湿空气。本章主要内容：水蒸气产生的一般原理，状态参数的确定，图表的结构及热力过程。其它物质的蒸汽，与水蒸气热力变化规律类似。§7-1饱和温度和饱和压力汽化：由液态变为气态的过程。沸腾：在液体内部和表面同时进行的强烈汽化过程。一、汽化和液化蒸发：在液体表面进行的汽化过程；液化(凝结)：汽液饱和液体：处于饱和状态的液体；饱和蒸汽：处于饱和状态的蒸汽；饱和温度：饱和状态时的温度，Ts或ts；二、饱和状态当汽化速度=液化速度时，系统处于动态平衡——饱和状态。饱和压力：饱和状态时的压力，ps(蒸汽压力与密度为对应温度下的最大值)注：TsPs或Ts=f(ps),它们不独立ps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高压锅ps=1.6barTs=113.32℃pts饱和液体饱和蒸气三、水的三相点1.三相点：固态、液态、汽态三相平衡共存的状态tptp3tpp611.659Pa1atm101325Pat0.01Cv0.00010021m/kg()。对水：很低；’液态水独立状态参数个数为0，说明三相点只有一个。§7-2水的定压加热、汽化过程压力p一定，加热。从0.01℃开始(三相点温度以下有固态，工程上一般不用)，经历以下五种状态。过冷水(未饱和水)加热Q饱和水Q湿蒸汽QQQ干饱和蒸汽过热蒸汽ttst=tst=tst=tstts汽化阶段过热阶段预热阶段液体热ql汽化潜热r过热热qsupvv’v=v’v=v’’v’vv’’vv’’hh’h=h’h=h’’h’hh’’hh’’ss’s=s’s=s’’s’ss’’ss’’水蒸气定压发生过程说明(1)(2)理想气体()hfT实际气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加'''hh汽化潜热(3)过热蒸汽过热度D=t–ts或叫⊿t。汽化潜热r：1kg饱和水定压加热至干饱和蒸汽过程吸收的热量，与1kg饱和蒸汽定压冷凝放出的热量相同。画在p-v图上增加压力到p2，重复上述过程，得定压线202’2’’2压力为p4时，汽化在C点瞬间完成，C点叫临界点。其对应的压力、温度、比体积分别称为临界压力、临界温度、临界比体积，分别用pcr、Tcr、vcr来表示。pcr=22.064Mpa，Tcr=373.99℃ppc时，加热到Tc温度时，瞬间汽化。101’’1’2’’2’1202303’3’’5040•••••••••••••••vpCTcTTp压力为p1时，定压线101’1’’1T-s图•••••••p51’1’’2’’2’sC3’3’’TcT-s图Tp4p3p2p1下界限线(饱和水线)：1’2’3’C上界限线(饱和汽线)：1’’2’’3’’C三个相区：液相区，1’2’3’CTc之内区；汽液共存区，1’2’3’C3’’2’’1’’之内区；汽相区，TcC3’’2’’1’’以上区。v以上所讲归纳为：一点、二线、三区、五态水和水蒸气状态参数确定的原则1、未饱和水及过热蒸汽确定任意两个独立参数，如：p、T2、饱和水和干饱和蒸汽确定p或T3、湿蒸汽除p或T外，其它参数与两相比例有关§7-3水和水蒸气的状态参数两相比例由干度x确定定义干饱和蒸汽饱和水对干度x的说明：x=0饱和水x=1干饱和蒸汽0≤x≤1在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义状态参数指p、v、t、u、h和s等（除u外可从水蒸气图表中查得，u=h-pv计算得到）(一)零点的规定（h,s,u在热工计算中不必求其绝对值）三相点的液态水(是饱和水)为基准kg/00100021m.0vC01.0t659pa.611p3'0o000s0u'0'0'''0000hupv0.0006117kJ/kg0实测的(注：上标“’”表饱和水状态)规定的换算的(二)温度0.01℃，压力p的过冷水的参数（0点）(三)温度ts℃，压力为p的饱和水（1’点）04.1868/()4.18684.1868stptlptplslsqcdtckJkgKqthhqt定值tppTTpTTcTdTcstpln注：p不太大时，水定压比热为定值cp=4.1868kJ/kgp较大时，cp变化较大，h0也不为零，要查表。不要求压力为p,温度为t的未饱和水加热至饱和水:(五)压力为p的湿蒸汽（x点）饱和水和饱和蒸汽共存vv’•••xv”p(四)压力为p的干饱和蒸汽（1’’点）不要求t=ts,状态参数x如果有1kg湿蒸气，干度为x,即有xkg干饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度xh,v,s干度为x湿蒸汽：mvx=mvv’’+mlv’vx=xv’’+(1-x)v’=v’+x(v’’-v’)可见v’≤vx≤v’’Vx=Vv+Vl总体积=汽体积+液体积类似地：sx=s’+x(s’’-s’)而u=h–pvhx=h’+x(h’’-h’)vv’•••xv”p(六)压力为p的过热蒸汽（D点）不要求(一)水蒸汽表（两类）1、饱和水和干饱和蒸汽表p219；§7-4水蒸汽表和图数据来源：IFC公式(国际公式化委员会)。实验数据+公式分析2、未饱和水和过热蒸汽表p220。查表时，先判断水蒸汽的状态。饱和水和饱和蒸汽表（温度）饱和水和饱和蒸汽表（压力）未饱和水和过热蒸汽表(二)T-s图x=定值•cx=0x=1p=定值TsC点；上界线x=1；下界线x=0；等干度线；等压线；相区：湿区、过热区；已知两个状态参数可求其它；多用于分析水蒸汽循环。(三)h-s图（莫里尔图）：有效分析热和功定t线定p线定v线——红色虚线定x线过热蒸汽区：定压线、定温线；湿区：定压线、定干度线。焓熵图（下部）焓熵图（上部）§7-5水蒸气的热力过程任务：确定初终态参数，计算过程中的功和热在p-v、T-s、h-s图上表示热力过程：psTv注意与理想气体过程的区别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水蒸气的定压过程q=hwt=0342pv1例：锅炉中，水从30℃，4MPa,定压加热到450℃q=h2-h1ts(4MPa)=250.33℃锅炉、换热器水蒸气的定压过程例：水从30℃，4MPa,定压加热到450℃q=h2-h12Tshs2h1=129.3kJ/kgh2=3330.7kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kg水蒸气的绝热过程p12’pvp2不可逆过程：汽轮机、水泵12可逆过程：s1212’q=0水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=02’12Ts不可逆过程：可逆过程：sp1p2水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=0t12whhhs不可逆过程可逆过程：st12'whhp1p221h1h2h2’2’水蒸气的定温过程、定容过程实际设备中很少见汽缸--活塞系统内有0.5kg，0.5MPa，260°c的水蒸气试确定缸内蒸汽经可逆等温膨胀到0.20MPa作的功与热量。解：查过热蒸汽表p1=0.5MPa，t1=260°c时KkgkJskgkJhkgmv3091.78.298048404.01131p2=0.20MPa，t2=260°c时KkJkgskgkJhkgmv7457.75.299022233.12232查h-s图核对..\..\图\简化h-s图.docQWkJpvhqmuqmUQWkJsmTQmmvVmmvV73.11235.1163091.77457.72732605.061116.022233.15.024202.048404.05.0322311?§7-7水和水蒸汽性质程序简介(不要求)作业：7-1，4，5，6。