湖南大学 工程热力学 第七章 水蒸气

第七章水蒸气Steam前言水蒸汽优点：容易获得、热力参数适宜、无污染.水蒸汽是由液态水经汽化而来的一种气体，它离液态较近，不能把它当作理想气体处理.本章主要内容：介绍水蒸汽的产生的一般原理，水蒸汽状态参数的确定，水蒸汽图表的结构和应用以及水蒸汽在热力过程中功量和热量的计算.水蒸汽是人类在热力发动机中最早广泛使用的工质.7-1饱和温度和饱和压力汽化和凝结●汽化：由液态到气态的过程汽化蒸发：在水表面进行的汽化过程沸腾：在水表面及内部进行的强烈汽化过程●凝结：由气相到液相的过程，是汽化的反过程自由表面（提高温度，增加蒸发面积）封闭容器表面（饱和状态ts=f(ps)）几个基本概念饱和状态：液态水和蒸汽处于动态平衡的状态饱和蒸汽：处于饱和状态的蒸汽饱和水：处于饱和状态的水饱和温度Ts：达到饱和状态时，汽、液的温度相同，此时的温度称为饱和温度。饱和压力Ps：达到饱和状态时蒸汽的压力。特点：在一定的容积中不能再含有更多的蒸汽，即蒸汽的压力和密度为对应温度下的最大值达到饱和状态的途径:pt,tpptts不变，保持pttpps不变，保持Ps与Ts存在一一对应的关系饱和蒸汽饱和水阀门TStsps水的三相图固态液态气态ABCDptpcpAtAtcAB：溶解曲线AC：汽化曲线AD：升华曲线●三相态:当压力降低时，AB与AC两线交点A点是固、液、汽三态共存的状态，三相态是汽液共存的最低点也称三相点.水的三相点:ptp=611.659Pattp=0.01℃v’tp=0.00010021m3/kg●每种物质的三相点的压力和温度是定值.固态液态气态ABCDptpcpAtAtc7-2水的定压加热汽化过程一、水蒸汽的定压发生过程预热汽化过热过冷水饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽液体热ql：由未饱和水加热到饱和状态所需的热量汽化潜热：由饱和水加热到干饱和蒸汽状态所需的热量过热热qsup：过热过程中蒸汽所吸收的热量二、水蒸气的p-v图与T-s图CCpBBAAptca0b0d0水湿蒸气湿蒸气pcsTv过热蒸汽过热蒸汽a´b´d´abdabda0a´b´d´abdabd一点：临界点C两线饱和液体线饱和蒸汽线三区未饱和液体区湿饱和蒸汽区过热蒸汽区五态未饱和水状态饱和水状态湿饱和蒸汽状态干饱和蒸汽状态过热蒸汽状态三、干度定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用x表示.湿度:y=1–xx湿蒸汽中含干蒸汽的质量湿蒸汽的总质量＝1饱和蒸汽x=0饱和液体0x1湿饱和蒸汽7-3水和水蒸气的状态参数一、零点的规定规定在三相态时的饱和水的内能和熵为零.参数为：t0=0.01℃u´0=0kJ/kgp0=0.611659kPas´0=0kJ/(kg.K)v´0=0.00100022m3/kgh´0=u´0+p0v´0≈0二、温度为0.01℃、压力为p的过冷水v0,u0,h0同T不同p,v0近似认为相等,即v0≈0;同T同v0,内能相等,即u0=u’0≈0,从而熵相等,即s0≈0,h0=u0+pv0≈0三、温度为ts℃、压力为p的饱和水0.01℃的水在定压p下加热至ts℃成为饱和水，所需量用q1表示。在T-s图上相当于预热段a0-a´下的面积.s273.16KTCAa0b0a´b´abab0SS´q1rp1p2水蒸气的T-s图q1=h’-h0≈h’水的平均比热cpm=4.1868kJ/(kg.K)q1=h’=cpm(ts―0.01)≈4.1868ts随着压力的升高，ts也升高，因而q1也增大。饱和水的熵s´:273.16'ln4.1868ln/()273.16273.16TsdTTsTsSCpCpkJkgKT注意:当压力与温度较高时，水的cp变化大，且h0不为零,因此不能用上式计算，而只能查表.四、压力为p的干饱和蒸汽将饱和水继续加热，使之全部汽化成干饱和蒸汽汽化过程中加入的热量称为汽化潜热，用r表示.在T-s图上相当于汽化段a/-a”下面的面积.r=Ts(s”-s´)=h”-h’h=h´+ru=h-pvs=s´+r/TsTsCAa0b0a´b´abab0SS´273.16Kq1rp1p2水蒸气的T-s图五、压力为p的湿饱和蒸汽由于饱和压力与饱和温度有对应的函数关系且是不互相独立的参数，所以再加上干度就能确定湿蒸汽的状态.湿蒸汽的参数为：vx=xv+(1-x)v´=v´+x(v-v´)vx≈xv(当p不太大、x不太小时)hx=xh+(1-x)h´=h´+x(h-h´)=h´+xrsx=xs+(1-x)s´=s´+x(s-s´)=s´+xr/Tsux=hx-pvx六、压力为p的过热蒸汽定压过热过程中加入的热量称为过热热量.在T-s图上相当于a-a下的面积.过热蒸汽的焓h=h+cpm(t-ts)过热蒸汽的内能u=h–pv过热蒸汽的熵''lnTppmTsrdTrTsscscTsTTsTSTsCAa0b0a´b´abab0SS´273.16Kq1rp1p27-4水蒸气表和图水蒸气表按温度排列的饱和水与饱和水蒸气表按压力排列的饱和水与饱和水蒸气表按压力和温度排列的未饱和水与过热蒸汽表二、T-S图TsCqlqsup三、水蒸气的h-s图湿蒸汽区，T=Ts，直线过热蒸汽区，斜率随T增大而增大1）定压线群dddhTsvpnnspvTshTshp02）定温线群TTspvTsh湿蒸汽区：d0sThpTs直线，与等压线重合过热蒸汽区：等温线较等压线平坦，低压时趋于水平.3）等容线群vvspvTsh4）等干度线等容线比等压线陡例题7-1试利用水蒸气表确定（1）p=1MPa、t=179.88℃（2）p=0.8MPa、v=0.22m3/kg时的蒸汽状态.第四节水蒸气的基本热力过程基本热力过程:定容、定压、定温和绝热.计算任务：确定初、终状态参数；计算Q,W,ΔU计算方法：查表一般步骤：由蒸汽图表的两个初态参数求其它参数由过程特征及另一个终态参数确定终态运用热一律和热二律，计算Q,W一、定压过程hsp21x1t1t2水蒸气的定压过程21212121()()0tqhhhuhhpvvwquwpvvwvdp或二、定容过程hsx1t1t2p1p221v2121120()()twpdvquuhhvppwvdpvpp水蒸气的定容过程三、定温过程水蒸气的定温过程tx121p1p2sh21212211()()tqTsswquwqhuhhpvpv四、绝热过程x212t1t2p1p2sh可逆绝热过程2122110()tqwuwhuhhpvpv作业P229：7-27-4第七章完例题7-1试利用水蒸气表确定（1）p=1MPa、t=179.88℃（2）p=0.8MPa、v=0.22m3/kg时的蒸汽状态.7-210kg130℃的水蒸气中含有1.5kg的水，试确定水蒸气的状态及其参数。例题7-1试利用水蒸气表确定（1）p=1MPa、t=179.88℃（2）p=0.8MPa、v=0.22m3/kg时的蒸汽状态.7-210kg130℃的水蒸气中含有1.5kg的水，试确定水蒸气的状态及其参数。例题7-1试利用水蒸气表确定（1）p=1MPa、t=179.88℃（2）p=0.8MPa、v=0.22m3/kg时的蒸汽状态.7-210kg130℃的水蒸气中含有1.5kg的水，试确定水蒸气的状态及其参数。