热力学第6章s852707660讲义资料.ppt

作 业6-16-36-4第六章 水和水蒸气的性质The property of water and vapor水和水蒸气是实际工质的代表水蒸气在空气中含量极小，当作理想气体一般情况下，为实际气体，使用图表18世纪，蒸汽机的发明，是唯一工质 后来发明了内燃机，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，传热性能好是其它实际气体的代表 6-1 纯物质的热力学面及相图物质的三种聚集态：固态、液态、 气态热力学面：以p, v, T三维坐标系表示物质 各种状态的曲面水的三态：冰、 水、 蒸汽Pure substance Solid Liquid Gas Ice Water Steam 水的热力学面两相区单相区气液固pvT6个区：3个单相区、3个两相区液-气固-气固-液pvT饱和线、三相线和临界点pv4个线：3个饱和线、1个三相线饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临界点1个点：临界点 Saturation line Triple line Critical pointp-T相图临界点Critical point水的临界点状态参数饱和液线与饱和气线的交点气液两相共存的pmax, Tmax临界点等温线水平切线拐点纯物质的p-T相图ppTT液液气气固固水一般物质三相点三相点临界点临界点流体流体升华线升华线凝固线凝固线汽化线汽化线 思考题4. 有没有500C的水？1. 溜冰冰刀2. 北方冬天在外边晾衣服，是否经过液相？3. 有没有-3 的蒸汽？5. 一密闭容器内有水的汽液混合物，对其 加热，它是否一定会全变成蒸汽？6-2 汽化与饱和沸腾：界面和液体内部同时发生的汽化(气体和液体均处在饱和状态下)汽化: 由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化)蒸发：只发生汽液界面上的汽化 BoilVaporization饱和状态Saturation state饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和温度Ts饱和压力ps一一对应 ps f (Ts)放掉一些水，Ts不变， ps ？ Tspsps=1.01325barTs=100 青藏 ps=0.6barTs=85.95 高压锅 ps=1.6barTs=113.32 Saturation temperatureSaturation pressure6-3 水蒸气的定压发生过程t tsv vv = vv = vv v v未饱和水饱和水 湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽 过热蒸汽h hh = hh = hh h hs ss = ss = ss s s水预热汽化过热水蒸气定压发生过程说明(1)(2)(3) 理想气体实际物质汽化时，TTs不变，但h增加汽化潜热(4) 未饱和水过冷度过冷水过热蒸汽过热度 加热时熵永远增加State of Liquid and Vapor未饱和液，过冷液饱和液湿饱和蒸气（湿蒸气）(干)饱和蒸气过热蒸气Saturated liquidSaturated vaporSaturated liquid-vapor mixtureSuperheated vaporCompressed liquidSubcooled liquid汽化潜热Latent heat of vaporization压缩液sp-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程1点，2线，3区，5态2线: 饱和水线，饱和蒸汽线3区：过冷水区，湿蒸汽区，过热蒸汽区5态：过冷水，饱和水，湿蒸汽，饱和蒸汽，过热蒸汽等压线上饱和态参数ptsv(m3/kg)vsskJ/(kg.K)0.0061120.01 0.00100022 206.1750.09.15621.099.63 0.00104341.6946 1.3027 7.36085.0151.85 0.00109280.374811.8604 6.821550.0263.92 0.00128580.03941 2.9209 5.9712221.29374.15 0.003260.00326 4.4294.429(bar)()bdbd6-4 水和水蒸气状态参数的确定及其热力性质图表状态公理：简单可压缩系统，两个独立变量未饱和水及过热蒸汽，一般已知p、T即可饱和水和干饱和蒸汽， p和T一一对应， 只需确定p或T湿饱和蒸汽， p和T一一对应，汽液两相， 1875年，吉布斯提出的吉布斯相律吉布斯相律 Gibbs phase rule无化学反应时，热力系独立参数数目为独立强度参数数 组元数相数对于水单元系单相2个（ p和T）两相1个（ p或T）三相 0个（ p和T定值）四相不能处理6-4-1 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、湿饱和蒸汽除p或T外，其它参数与两相比例有关两相比例由干度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Vapor quality湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽区状态参数的确定 如果有1kg湿蒸气，干度为x, 即其含有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 ,s6-4-2 水和水蒸气热力性质表两类2、未饱和水和过热蒸汽表1、饱和水和干饱和蒸汽表饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）饱和参数未饱和水和过热蒸汽表（节录）未饱和水和过热蒸汽表（节录）表的出处和零点的规定表的出处和零点的规定原则上可任取零点，国际上统一规定：但 原则上不为0， 对于水： 表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编制，尽管IFC（国际公式化委员会）1967和1997年先后发表了分段拟合的水和水蒸气热力性质公式，但工程上还主要依靠图表焓、内能、熵零点的规定：水的三相点查表举例 1查表时先要确定在五态中的哪一态例1. 已知 ：p=1MPa,试确定t=100, 200 各处于哪个状态, 各自h是多少？ts(p)=179.88t=100 ts, 过热蒸汽h=2827.5kJ/kg查表举例 2已知 t=250, 5kg 蒸汽占有0.2m3容积, 试问蒸汽所处状态? h=?t=250 , 湿蒸汽状态查表举例 2 （续）已知 t=250, 5kg 蒸气占有0.2m3容积, 试问蒸气所处状态? h=?t=250 , 湿蒸汽状态查表举例 3 在一刚性容器内充满p=0.1MPa，t=20的水。

由于太阳照射，使其温度升为40, 求此时容器所承受的压力p=0.1MPat=20t=40容积未变储液罐很危险，不能装满！ 查表举例 4已知 p=0.015MPa , t=85, 试确定状态? h=?ts=54.0 , 过热状态p=0.015MPa时线性内插p=0.01MPat=85p=0.02MPat=85p=0.015MPat=85解：饱和参数未饱和水和过热蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表( (注意下划线）注意下划线）水蒸气焓熵图焓熵图1 1、零点：零点：h h= =0 0，s s= =0 0；2 2、饱和饱和液线（下界线界线）、饱和汽线汽线（上界线）3 3、等压线群：等压线群：p p两相区两相区p pT = T = ConstConst 斜直线斜直线过热区过热区s sT T向上翘的发散的形线向上翘的发散的形线C点为临界点，不在极值点上水蒸气焓熵图（续）焓熵图（续）气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体两相区：T、p一一对应，T 线即 p 线在x=0, x=1之间，从C点出发的等分线同理想气体一样， v 线比 p 线陡4、定温线 T5、等容线v6、等干度线x焓焓 熵熵 图图Enthalpy-entropy diagramEnthalpy-entropy diagramh hs sC Cx x=1=1x x=0=0p pv vT Tx x工程上使用较多的是高干度湿蒸汽区和过热蒸汽区6-5 水蒸气的热力过程任务：1. 由已知条件查图表，确定初终态参数 2. 在p-v、T-s、h-s图上表示状态点 3. 计算过程中的功和热热力过程： p s T v Thermal Process of SteamThermal Process of Steam作 业6-66-76-10注意与理想气体过程的区别热一律、热二律等表达式均成立理想气体的性质和表达式可否使用？准静态可逆1. 水蒸气的定压(Isobaric)过程q = hwt = 0342pv1例：锅炉中，水从30 ， 4MPa, 定压加热到450 q = h2-h1查表得 ts(4MPa) = 250.33锅炉、换热器水蒸气的定压过程 (续)例：水从30 ，4MPa, 定压加热到450 q = h2-h1 = 2Tshs2查表 or 图：h1 = 129.3 kJ/kg ， h2 = 3330.7 kJ/kgh2h11341433201.4kJ/kg 2. 水蒸气的绝热(Adiabatic)过程p12pvp2不可逆过程： 汽轮机、水泵12可逆过程： s1 2 1 2q = 0汽轮机水蒸气的绝热过程（续）汽轮机q = 0212Ts不可逆过程： 可逆过程： sp1p2水蒸气的绝热过程（续）汽轮机q = 0hs不可逆过程 可逆过程： sp1p221h1h2h22透平内效率 水蒸气的绝热过程举例hsp1p221h1h2h22例：汽轮机 求：解：由 t1、p1查表 水蒸气的绝热过程举例（续）hsp1p221h1h2h22求：由 p2查表水蒸气的绝热过程举例（续）hsp1p221h1h2h22求：5、注意与理想气体的区别，哪些公式可用、 哪些不可用第六章 小 结 Summary1、熟悉p-T相图2、熟悉1点2线3区5态3、会查图表4、基本热力过程在p-v、T-s、h-s图上的表 示，会计算 q、wt。