工程热力学ch7 水蒸气.pdf

第七章 水蒸气 第7章 水蒸气 本章要求 1、掌握有关蒸气的各种术语及其意义如： 汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、饱和 液体、饱和压力、三相点、临界点、汽化 潜热等 2、了解蒸气定压发生过程及其在p-v图和T- s图上的一点、二线、三区和五态 3、了解水蒸气图表的结构，并掌握其应用 4、掌握水蒸气热力过程的热量及功量的计算 第7章 水蒸气 水蒸气 在空气中含量很小，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 目前水蒸气仍是火力发电、核电、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 第7章 水蒸气 第一节 气化与饱和状态 第7章 水蒸气 一、汽化与凝结 汽化 物质由液态转变为气态的过程 蒸发 沸腾 闪蒸（降压沸腾） 第7章 水蒸气 汽化与饱和 沸腾：表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) 饱和状态：汽化与凝结的动态平衡 汽化: 由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化) 蒸发：汽液表面上的汽化 第7章 水蒸气 液体分子脱离其 表面的汽化速度 气体分子回到液 体中的凝结速度 这时液体与蒸气处于动平 衡状态，称为饱和状态 饱和液体 饱和蒸气 二、饱和状态 第7章 水蒸气 称为 饱和温度和饱和压力 ( ) ss pf t= 第7章 水蒸气 处于饱和状态的气体与液体温度相同 ，处于“饱和温度ts”，蒸气的压力称为 “饱和压力ps” 饱和蒸气压方程 当达到汽化和凝结速度相等的饱和 状态时，饱和温度和压力必存在单值性 关系。

saturated 临界点 当温度超过一定值tc时，液相不可能存在， 而呈气相tc称为“临界温度”，对应的饱和 压力pc称为“临界压力” 临界参数是物质的固有常数，如水的临界参 数为： 3 374.15 22.129 0.00326/ c c c tC pMPa vmkg = = = 第7章 水蒸气 三相点 三相点是固、液、气三相共 存的状态，各种物质在三相点 的温度与压力分别为定值，但 比体积则随固、液、气三相的 混合比例不同而异 水的三相点温度和压力值： Pap Ct tp tp 2 .611 01. 0 = = 第7章 水蒸气 饱和状态 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 Ts ps ps=1.01325barTs=100 青藏ps=0.6barTs=85.95 高压锅ps=1.6barTs=113.32 第7章 水蒸气 水的热力学面 两相区两相区 单相区单相区 气气 液液 固固 p v T 六个区：三个单相区、三个两相区 液--气 固固--气气 固固--液液 p v T 第7章 水蒸气 饱和线、三相线和临界点（视图 ） p v 饱和气线饱和气线 三三 相相 线线 饱和液线饱和液线 饱和固线饱和固线 T 临界点临界点 第7章 水蒸气 p p T 液液 气气 固固 水水 三相点三相点 临界点临界点 流体流体 汽化线 水和纯物质的p-T相图比较（差异） pp TT 液液 液液 气气 气气 固固 固固 水水一般物质一般物质 三相点三相点 三相点三相点 临界点临界点 临界点临界点 流体流体流体流体 汽化线 第7章 水蒸气 汽化线 第二节 水蒸气的定压发生过程 第7章 水蒸气 工业上所用的水蒸气都是在定压加热 设备中产生的。

一般经过三个阶段： 预热阶段 汽化阶段 过热阶段 第7章 水蒸气 水蒸气定压发生过程图 第7章 水蒸气 预热预热 蒸发蒸发 过热过热 预热阶段 状态及状态参数： 未饱和水（过冷水）饱和水 . s pconst tt vv ss hh = . s pconst tt vv ss hh = = = = = 第7章 水蒸气 饱和水湿饱和蒸气干饱和蒸气 . s pconst tt vv ss hh = = = = = . s pconst tt vvv sss hhh = = . s pconst tt vv ss hh = = = = = 这个阶段所需的热量称为汽化潜热 g 汽化阶段 . s pconst tt vv ss hh = 第7章 水蒸气 过热 干度定义：x 湿蒸气中饱和蒸气所占的质量百分比 g gf m x mm = + 第7章 水蒸气 湿蒸气 （干饱和蒸气 + 饱和水） 干饱和蒸气 定义 干饱和蒸气 f m x mm = + g g 干饱和蒸汽质量 湿饱和蒸汽质量 饱和水 对干度x的说明： x = 0 饱和水x = 1 干饱和蒸气 0 x 1 未饱和水蒸气 在过冷水和过热蒸汽区域，x的表达无意义 干饱和蒸气过热蒸气 . s pconst tt vv ss hh = = = = = . s pconst tt vv ss hh = 这个阶段所需的热量称为过热热qsup ， t=t-ts称为过热度 过热阶段 第7章 水蒸气 一点：临界点二线：上界线和下界线 三区：液态区、湿蒸气区及过热区 五态：未饱和水、饱和水、湿蒸气、干饱和蒸气及过热蒸气 状态图 第7章 水蒸气 一、水蒸气定压生成过程中热量的计算 1.水的定压预热阶段 1 T s 11x 1 液体热 0220 ( )( )() lsu rqhhhhhhhh=++=++= l q 2.饱和水的定压汽化过程 汽化潜热kJ/kgrhh= r 3.水蒸气的定压过热过程 s T 2 过热热 sup2 kJ/kgqhh= 1kg水从1状态被加热到2状态所吸收的热量 0 kJ/kg l qhh= su q()kJ/kg s rTss= s s C 20 10 C 10 20 p v T s 水的临界参数水的临界参数 二、水蒸汽的p-v图和T-s图 2 1 2 2x 1x 1 1 1x1 2 2x2 3 22.115MPa;374.120.003147m /kg; 2095.2kJ/kg;4.4237kJ/(kg K) ccc cc ptv hs === == ； x x c T c p c T T 一点: 临界点; 二线:饱和水线、干饱和蒸汽线; 三区: 未饱和水区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区; 五态: 未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽. v p T s 第三节 水蒸气的热力性质图表 第7章 水蒸气 水与水蒸气的状态参数p、v、t、h、s均 可从水蒸气图表中查到； 图表中没有的参数，可根据参数间的一般 关系计算得到，如u 按u=h-pv 计算。

第7章 水蒸气 一、对零点的规定 由于在水及水蒸气的参数计算中不必求其 绝对值，仅求其增量或减少量，故可规 定一任意起点 国际水蒸气会议规定，水的三相点以 273.16K的液相水作为基准点，规定其 热力学能及熵都为0 第7章 水蒸气 对于t0=ttp=0.01、 p0=ptp=611.659 Pa的饱和水，有： IFC（国际公式化委员会）于1967和1997年先后发 布了分段拟合的水和水蒸气热力性质公式，但目前工 程上仍主要还是用图表计算 00 3 0 000 0 0/0/() 0.00100021/ 0/ ukJ kgskJkg K vmkg hup vkJ kg == = =+ 第7章 水蒸气 二、水蒸气表 水蒸气表 饱和水及干饱和蒸气表 未饱和水及过热蒸气表 查表 判断工质所处的状态 查相应的表或进行相应的计算 第7章 水蒸气 情况一：已知（p,t） 查饱和表得已知压力（或温度）下的饱和温度 ts(p)（或饱和压力ps(t) ）： 在湿蒸气区，p、t不是两个独立的变量，因 此不能由p、t确定状态点 ( ) ( ) ( ) s s s ttp ttpx ttp = 未饱和水 饱和状态或湿蒸气（给出干度 ） 过热蒸气 第7章 水蒸气 情况二：已知p（或t）及某一比参数y（v或s或 h） 查饱和表得已知压力（或温度）下的y、y”： yy yyyx yy 未饱和水 湿蒸气（算出干度 ） 过热蒸气 第7章 水蒸气 在湿蒸气区干度及其它参数的的计算： yy x yy = () () () vvx vv ssx ss hhx hh =+ =+ =+ 第7章 水蒸气 湿饱和蒸汽区状态参数的确定 如果有1kg湿蒸气，干度为x, 即有xkg饱和 蒸汽，(1-x)kg饱和水。

)1 (yxxyy+= (1) (1) (1) hxhx h vxvx v sxsx s =+ =+ =+ yy x yy = 已知p或T(h,v,s,h,v,s)+干度x h ,v ,s p-v图与T-s图 第7章 水蒸气 焓熵图 （h-S 图） 第7章 水蒸气 例题 利用水蒸气表判断下列各点的状态，并 确定其h, s, x 值： (1) p1=2 MPa, t1=300C (2) p2=9 MPa, v2=0.017m3/kg (3) p3=0.5 MPa, x3=0.9 第7章 水蒸气 第四节 水蒸气的基本过程 第7章 水蒸气 水蒸汽基本过程 定容、定压、定温及定熵四种 求解任务 与解理想气体的过程一样，要求： 1、初态和终态的参数； 2、过程中的热量和功 第7章 水蒸气 利用图表分析、计算水蒸气的步骤： 1、根据初态的两个已知参数，从表或图中 查得其他参数 2、根据过程特征及一个终态参数确定终态 ，再从表或图上查得其他参数 3、根据已求得的初、终态参数计算q、 u 及w 第7章 水蒸气 内插法内插法 x y 2 y 2 x 1 y 1 x 1 2 已知已知 1122 ,,,, a x y xyx 求求 ? a y = a x a y 2 y 1 y a y 1a yyh=+ h 由图可看出由图可看出 两三角形相似，对应边成比例两三角形相似，对应边成比例。

21 211a yyh xxxx = () 1 21 21 a xx hyy xx = () 1 121 21 a a xx yyyy xx =+ 整理得整理得 所所以以 有有 注注*仅述你自己的看法仅述你自己的看法 1、是否已对学过的内容建立了初步的概念？、是否已对学过的内容建立了初步的概念？(？？%) 2、课程进度与难度是否适中？能否及时消化？、课程进度与难度是否适中？能否及时消化？ 3、作业量是否合适？缺勤的原因（无则不答）、作业量是否合适？缺勤的原因（无则不答） ？？ 4、需要详解或者补充热力学哪方面的内容？、需要详解或者补充热力学哪方面的内容？ 5、哪些章节的内容比较难理解难消化？平时有疑难你会怎样、哪些章节的内容比较难理解难消化？平时有疑难你会怎样 做？做？ 6、对于本课程，后面停课的四周你会做什么？、对于本课程，后面停课的四周你会做什么？ 7、平时学习中有无预、复习习惯？对本课程呢？、平时学习中有无预、复习习惯？对本课程呢？ 8、你自己对本课有哪些学习收获、心得、方法？、你自己对本课有哪些学习收获、心得、方法？ 9、其他随意谈谈）、其他随意谈谈） 。