工程熱力學(xué) 第七章 水蒸氣.ppt

第七章水蒸氣 基本知識(shí)點(diǎn)水蒸氣的產(chǎn)生過(guò)程 水蒸氣狀態(tài)參數(shù)的確定 水蒸氣圖表的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用 水蒸氣在熱力過(guò)程中功量和熱量的計(jì)算 本章重點(diǎn) 工業(yè)上水蒸氣的定壓生成過(guò)程 學(xué)會(huì)使用水蒸氣熱力學(xué)性質(zhì)的圖表 并能熟練的運(yùn)用于各種熱力過(guò)程的計(jì)算 水和水蒸氣是實(shí)際氣體 水蒸氣 在空氣中含量極小 當(dāng)作理想氣體 一般情況下 為實(shí)際氣體 使用圖表 18世紀(jì) 蒸氣機(jī)的發(fā)明 是唯一工質(zhì) 直到內(nèi)燃機(jī)發(fā)明 才有燃?xì)夤べ|(zhì) 目前仍是火力發(fā)電 核電 供暖 化工的工質(zhì) 優(yōu)點(diǎn) 便宜 易得 無(wú)毒 膨脹性能好 傳熱性能好 7 1純物質(zhì)的熱力學(xué)面及相圖 物質(zhì)有三種聚集狀態(tài) 固態(tài) 液態(tài) 氣態(tài) 熱力學(xué)面 以p v T表示的物質(zhì)各種狀態(tài)的曲面 水的三態(tài) 冰 水 蒸汽 水的熱力學(xué)面 兩相區(qū) 單相區(qū) 氣 液 固 六個(gè)區(qū) 三個(gè)單相區(qū) 三個(gè)兩相區(qū) 液 氣 固 氣 固 液 飽和線 三相線和臨界點(diǎn) p v 四個(gè)線 三個(gè)飽和線 一個(gè)三相線 飽和氣線 三相線 飽和液線 飽和固線 T 臨界點(diǎn) 一個(gè)點(diǎn) 臨界點(diǎn) 三相線與臨界點(diǎn) 水的臨界點(diǎn)狀態(tài) 飽和液線與飽和氣線的交點(diǎn) 氣液兩相共存的pmax Tmax 等溫線是鞍點(diǎn) 臨界點(diǎn) 水的三相線 純物質(zhì)的p T相圖 p p T T 液 液 氣 氣 固 固 水 一般物質(zhì) 三相點(diǎn) 三相點(diǎn) 臨界點(diǎn) 臨界點(diǎn) 流體 流體 升華線 升華線 凝固線 凝固線 汽化線 汽化線 思考題 沒(méi)有 t 374 16 有 3 有沒(méi)有500 C的水 1 溜冰冰刀 2 北方冬天晾在外邊的衣服 是否經(jīng)過(guò)液相 4 有沒(méi)有 3 的蒸汽 5 一密閉容器內(nèi)有水的汽液混合物 對(duì)其加熱 是否一定能變成蒸汽 純物質(zhì)的p T相圖 p p T T 液 液 氣 氣 固 固 水 一般物質(zhì) 三相點(diǎn) 三相點(diǎn) 臨界點(diǎn) 臨界點(diǎn) 流體 流體 飽和線 三相線和臨界點(diǎn) p v 飽和氣線 三相線 飽和液線 飽和固線 T 臨界點(diǎn) 汽相和液相 因固相不流動(dòng) 更關(guān)心汽液兩相 冰蓄冷 7 2汽化與飽和 沸騰 表面和液體內(nèi)部同時(shí)發(fā)生的汽化 氣體和液體均處在飽和狀態(tài)下 飽和狀態(tài) 汽化與凝結(jié)的動(dòng)態(tài)平衡 汽化 由液態(tài)變成氣態(tài)的物理過(guò)程 不涉及化學(xué)變化 蒸發(fā) 汽液表面上的汽化 飽和狀態(tài) 飽和狀態(tài) 汽化與凝結(jié)的動(dòng)態(tài)平衡 飽和溫度Ts 飽和壓力ps 一一對(duì)應(yīng) 放掉一些水 Ts不變 ps Ts ps ps 1 01325bar Ts 100 青藏ps 0 6bar Ts 85 95 高壓鍋ps 1 6bar Ts 113 32 純物質(zhì)的p T相圖 p p T T 液 液 氣 氣 固 固 水 一般物質(zhì) 三相點(diǎn) 三相點(diǎn) 臨界點(diǎn) 臨界點(diǎn) 流體 流體 汽化線 汽化線 7 3水蒸氣的定壓發(fā)生過(guò)程 t ts t ts t ts t ts t ts v v v v v v v v v v v 未飽和水 飽和水 飽和濕蒸汽 飽和干蒸汽 過(guò)熱蒸汽 h h h h h h h h h h h s s s s s s s s s s s 水蒸氣定壓發(fā)生過(guò)程說(shuō)明 1 2 只有熵加熱時(shí)永遠(yuǎn)增加 3 理想氣體 實(shí)際氣體汽化時(shí) T Ts不變 但h增加 汽化潛熱 4 未飽和水 過(guò)冷度 過(guò)冷水 過(guò)熱蒸汽 過(guò)熱度 s p v圖 T s圖上的水蒸氣定壓加熱過(guò)程 一點(diǎn) 二線 三區(qū) 五態(tài) 等壓線上飽和態(tài)參數(shù) p ts v bar v s s kJ kg K 0 006112 0 01 0 00100022 206 175 0 0 9 1562 1 0 99 63 0 0010434 1 6946 1 3027 7 3608 5 0 151 85 0 0010928 0 37481 1 8604 6 8215 50 0 263 92 0 0012858 0 03941 2 9209 5 9712 221 29 374 15 0 00326 0 00326 4 429 4 429 bar b d b d 定壓加熱線與飽和液線相近的說(shuō)明 當(dāng)忽略液體cp變化 不同的p 液體近似不可壓 v不變 對(duì)每個(gè)不變的T 7 4水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表 狀態(tài)公理 簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng) 兩個(gè)獨(dú)立變量 未飽和水及過(guò)熱蒸汽 一般已知p T即可 飽和水和干飽和蒸汽 只需確定p或T 濕飽和蒸汽 p和T不獨(dú)立 汽液兩相 1875年 吉布斯提出了吉布斯相律 水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)確定的原則 1 未飽和水及過(guò)熱蒸汽 確定 任意兩個(gè)獨(dú)立參數(shù) 如 p T 2 飽和水和干飽和蒸汽 確定 p或T 3 濕飽和蒸汽 除p或T外 其它參數(shù)與兩相比例有關(guān) 兩相比例由干度x確定 定義 干飽和蒸汽 飽和水 對(duì)干度x的說(shuō)明 0 x 1 在過(guò)冷水和過(guò)熱蒸汽區(qū)域 x無(wú)意義 濕飽和蒸汽區(qū)狀態(tài)參數(shù)的確定 如果有1kg濕蒸氣 干度為x 即有xkg飽和蒸汽 1 x kg飽和水 已知p或T h v s h v s 干度x h v s 水和水蒸氣表 兩類 2 未飽和水和過(guò)熱蒸汽表 1 飽和水和干飽和蒸汽表 飽和水和飽和水蒸氣表 按溫度排列 飽和水和飽和水蒸氣表 按壓力排列 未飽和水和過(guò)熱蒸汽表 節(jié)錄 表的出處和零點(diǎn)的規(guī)定 原則上可任取零點(diǎn) 國(guó)際上統(tǒng)一規(guī)定 但原則上不為0 對(duì)水 表依據(jù)1963年第六屆國(guó)際水和水蒸氣會(huì)議發(fā)表的國(guó)際骨架表編制 盡管IFC 國(guó)際公式化委員會(huì) 1967和1997年先后發(fā)表了分段擬合的水和水蒸氣熱力性質(zhì)公式 但工程上還主要依靠圖表 焓 內(nèi)能 熵零點(diǎn)的規(guī)定 水的三相點(diǎn) 未飽和水和過(guò)熱蒸汽表 注意下劃線 如何在圖上表示功和熱 p v圖 示功圖 面積代表功 能否用線段表示熱和功 T s圖 示熱圖 面積代表熱 焓熵圖的畫法 1 1 零點(diǎn) h 0 s 0 2 飽和汽線 上界線 飽和液線 下界線 斜直線 向上翹的發(fā)散的形線 C點(diǎn)為分界點(diǎn) 不在極值點(diǎn)上 焓熵圖 h s C x 1 x 0 焓熵圖的畫法 2 氣相區(qū) 離飽和態(tài)越遠(yuǎn) 越接近于理想氣體 在x 0 x 1之間 從C點(diǎn)出發(fā)的等分線 焓熵圖 h s C x 1 x 0 7 5水蒸氣的熱力過(guò)程 任務(wù) 確定初終態(tài)參數(shù) 計(jì)算過(guò)程中的功和熱在p v T s h s圖上表示 注意理想氣體過(guò)程的區(qū)別 第一定律與第二定律表達(dá)式均成立 理想氣體特有的性質(zhì)和表達(dá)式不能用 可逆 水蒸氣的定壓過(guò)程 q hwt 0 3 4 2 1 例 鍋爐中 水從30 4MPa 定壓加熱到450 q h2 h1 ts 4MPa 250 33 鍋爐 換熱器 水蒸氣的定壓過(guò)程 例 水從30 4MPa 定壓加熱到450 q h2 h1 2 T s h s 2 h1 129 3kJ kgh2 3330 7kJ kg h2 h1 1 3 4 1 4 3 3201 4kJ kg 水蒸氣的絕熱過(guò)程 p1 2 p2 不可逆過(guò)程 汽輪機(jī) 水泵 1 2 q 0 水蒸氣的絕熱過(guò)程 汽輪機(jī) 水泵 q 0 2 1 2 不可逆過(guò)程 p1 p2 水蒸氣的絕熱過(guò)程 汽輪機(jī) 水泵 q 0 不可逆過(guò)程 p1 p2 2 1 h1 h2 h2 2 透平