第六章-水蒸气

第七章水蒸汽热能工程教研室水蒸气作为工质最早广泛使用的工质：容易获得热力性质适宜特点：离液态近，不能视为理想气体!!热能工程教研室§7－1关于水蒸气的几个概念化学成分均匀一致的物质系统相物质内部性质均匀一致的某种聚集体复相系举例：同一物质的汽液共存系统(如油水混合物)单元系由单一成分构成的物质系统典型单元系举例：1atm，0℃下，冰、水混合物1atm，100℃，水，蒸汽混合物纯物质热能工程教研室1、汽液相变的若干概念1.汽化（vaporization）物质由液态变为汽态的过程称为汽化。汽化蒸发（evaporation）：特指发生在液体表面的汽化过程，可在任何温度下发生。沸腾（boiling）：汽化在液体内部和表面发生的强烈的气化过程，并产生大量气泡产生。沸腾过程只在沸点下才会发生。热能工程教研室2.凝结（condensation）物质由汽态转变为液态的过程称为凝结。又称液化现象，是汽化的反过程3.汽化潜热（latentheatofvaporation）汽化过程中1kg液态物质（饱和液）完全转变为汽态时所需的热量称为汽化潜热。1、汽液相变的若干概念热能工程教研室4.饱和（saturation）现象一定条件下，当液化和汽化过程达到动态的平衡，物质汽液两相的质量各自保持不变时，称这时的系统为饱和状态。饱和状态下的液体称为饱和液体（saturatedliquid）,蒸汽则称为饱和蒸汽（saturatedsteamorvapor）.例如：处于平衡状态的汽液混合物沸腾中的液体1、汽液相变的若干概念热能工程教研室5.饱和蒸汽压饱和状态下的蒸汽压力，亦即液体沸腾时所产生的气泡中的蒸汽压力称为饱和蒸汽压。对应一定的温度应有一定的饱和蒸汽压；饱和蒸汽压随温度的升高而增大反之：一定的压力对应一定的饱和温度（ts）；1、汽液相变的若干概念热能工程教研室2、安德鲁试验对水在不同的压力下进行定压加热热能工程教研室3、安德鲁试验结果一点两线三区五态一点物质的临界点两线饱和蒸汽状态连线（上界限线）饱和液体状态连线（下界限线）三区汽态区：上界限线与临界等温线上段右侧区域液态区：下界限线与临界等温线上段左侧区域湿蒸汽区：上、下界限线之间的锺罩形区域热能工程教研室五态过热蒸汽：一定压力下，温度高于对应饱和温度的蒸汽。或者说：一定温度下，压力低于饱和蒸汽压的蒸汽。饱和蒸汽：一定压力下，温度等于对应饱和温度的蒸汽。或者说：一定温度下，压力等于饱和蒸汽压的蒸汽。湿蒸汽：饱和蒸汽与饱和液体的机械混合物。饱和液体：一定压力下，温度等于对应饱和温度的液体。或者说：一定温度下，压力等于饱和蒸汽压的液体。未饱和液体：一定压力下，温度低于对应饱和温度的液体。或者说：一定温度下，压力高于饱和蒸汽压的液体。3、安德鲁试验结果热能工程教研室0Tp三相点临界点固气液CABTtp4、三相点（triplepoint）纯物质的汽液固三相平衡共存时的状态称为三相点。ATtp——升化曲线BTtp——溶解曲线CTtp——汽化曲线A：三相点ptp=611.659PaTtp=273.16K热能工程教研室5、临界点当温度超过一定值tc时，汽相与液相间无差别。tc称为临界温度，与临界温度相对应的饱和压力pc称为临界压力。水：tc＝373.99℃，Pc＝22.064MPa热能工程教研室§7－2水的定压加热汽化过程热能工程教研室1、水的定压汽化三阶段未饱和水的定压预热阶段ab，发生在液相区饱和水的定压汽化阶段bd，发生在液—汽两相区饱和蒸汽的定压过热阶段de，发生在汽相区热能工程教研室2、定压汽化过程的P-v图I：过冷水区II：湿蒸气区III：过热蒸气区三区：一点：临界点C二线：1‘-2’-C：饱和水线1“-2”-C：饱和蒸气线五态：过冷水；饱和水；湿饱和蒸气；干饱和蒸气；过热蒸气vpCpcrIIIIII1‘2‘1“2“T=Tcr热能工程教研室3、定压汽化过程的T-s图sTC1‘1“2‘2“IIIIIITcrp=pcrI：过冷水区II：湿蒸气区III：过热蒸气区三区：一点：临界点C二线：1‘-2’-C：饱和水线1“-2”-C：饱和蒸气线五态：过冷水；饱和水；湿饱和蒸气；干饱和蒸气；过热蒸气热能工程教研室1)未饱和水的定压饱和阶段水的状态压缩水压力高于水温对应的饱和压力过冷水温度低于水压对应的饱和温度；过冷度未饱和水上述两种未达到饱和状态的水的统称热能工程教研室2)饱和水的定压汽化阶段汽化潜热γ定压汽化过程所需的热量干度xvlvmmmxmv：饱和蒸气质量ml：饱和水质量热能工程教研室3)干饱和蒸汽的定压过热阶段过热蒸汽及过热度温度高于所处压力下的饱和温度的蒸汽。这两个温度之差为过热度。热能工程教研室§7－3水和水蒸汽的状态参数从水蒸汽图表中查得按u＝h－pv计算1、图表法求状态参数：p,v,t,h,s,u2、物性软件ASMEpropertycodeUofOpropertycode~25种流体的全范围物性计算热能工程教研室一、零点的规定按1963年的第六届国际水蒸汽会议的规定，选定水的三相点，即273.16k的液相水作为基准点。基准点上的液态水的热力学能和熵为零u’0=0，s’0=0容易证明：h’0≈0热能工程教研室二、温度为0.01oC，压力为p的过冷水水可以近似看成不可压缩介质：因为温度t1=t0，又有v1=v0，0000111',,uvtfvtfu0pdvw0'01wuuq0'01trTqss压力不高时：01111vpuh热能工程教研室三、温度为t、压力为p的饱和水设想一个等压过程从t=0.01oC加热到tsoTKppCptdTchh16.273',01.0',spCoTKpptTdTcss16.273'',,01.0热能工程教研室四、压力为p的干饱和蒸气ph”3MPa临界点h”h’g压力为p，温度为Ts的干饱和蒸气，参数：汽化潜热：''''vvpuuhhssTsg热力学能的增量膨胀功h”，h’，和g的变化趋势示于图中热能工程教研室五、压力为p的湿饱和蒸气因为是两相混合物，需用干度x确定其状态vlvmmmx任一比参数y（如u、h、s、v等）可由下式计算：'1yxxyyx热能工程教研室六、压力为p的过热蒸气在饱和蒸气的基础上继续加热，即得过热蒸气。参数满足以下基本关系：,,,,,,,,ushvtushvts过热度：sttt过热热量：hhqsur热能工程教研室§7－4水蒸气表和图水蒸汽表：饱和水和干饱和蒸汽表、未饱和水和过热蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表：粗黑线以上为未饱和水，黑线以下为过热蒸汽。饱和水和干饱和蒸汽表：‘代表饱和水和干饱和蒸汽。按压力或温度排列。根据已知条件确定工质的状态，然后查相应的表格。热能工程教研室T-S图优点：便于循环分析分为：湿区和过热区；定干度线、定压线等。缺点：热量和功以面积表示sTC热能工程教研室湿蒸汽区：定压线＝定温线二区：过热蒸汽区湿蒸汽区三线：定压线定干度线定温线粗黑线为界H-S图热能工程教研室H-S图优点：用线段的长度表示热量和功；分为：过热蒸汽区和湿蒸汽区；定压线、定干度线、定温线。湿蒸汽区：定压线＝定温线定压过程热量=焓差；绝热过程技术功=焓差锅炉蒸气产生水蒸气在汽轮机中膨胀热能工程教研室§7－4水蒸气的基本过程目标：①初态和终态的参数②过程功和热量依据：wuqtwhqpdvwvdpwtTdsq可逆过程热能工程教研室水蒸气的基本过程1、分析步骤：①根据初态的两个参数{（p,t），（p,x）或（t,x）}从表或图中查得其它参数②根据过程特征和一个终态参数确定终态，再从表或图上查得其它参数③根据求得的初、终态参数计算q，w等热能工程教研室水蒸气的基本过程①定容过程（v=const）w=0②定压过程（p=const）wt=0;w=p(v2–v1)③定温过程（T=const）q=T(s2-s1)④定熵过程（s=const）q=0最重要2、基本过程：热能工程教研室水蒸气的基本过程1）定压过程水锅炉中加热；乏汽在冷凝器中的凝结,…热能工程教研室2）绝热过程蒸气在汽轮机中的膨胀水蒸气的基本过程