工程熱力學第7章 水蒸汽.ppt

第七章水蒸汽,7-0概論復習理想氣體理想氣體狀態(tài)方程實際氣體水蒸汽或?qū)懗善渲?，a、b稱為范德瓦爾斯常數(shù),氣體分子元體積,分子間不計相互作用力,分子間相互作用力明顯,氣體分子本身有體積（特別是P大時）,實際氣體的范德瓦爾斯方程,修正作用力,修正容積,實際氣體方程（）維里方程B、C、D為待定系數(shù)，一般也由實驗測定實際氣體方程（）卡洛維奇方程卡洛維奇方程式：,其中a、b、m由實驗待定。實際氣體方程（）嚴家祿方程，寫成而,臨界壓縮因子,7-1水蒸汽的產(chǎn)生過程若干概念a.氣化：水由液相轉(zhuǎn)變?yōu)槠嗟倪^程b.凝結(jié)：由汽相變?yōu)橐合嗟倪^程，氣化的逆過程c.沸騰：液相內(nèi)部汽化過程，一般只有達到沸點時才發(fā)生d.臨界溫度（tc）：當水的溫度超過一定的溫度時，液相不可能存在，而只能存在氣相，此時的溫度稱為臨界溫度e.臨界壓力（pc）：與臨界溫度tc相對應的飽和壓力稱為臨界壓力pc，水的臨界點參數(shù)為：,f.飽和狀態(tài)：進入界面和離開界面的水蒸汽分子數(shù)相等時，水蒸汽的壓力自動穩(wěn)定在一定的數(shù)值上，水蒸汽與水組成的系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，這時，氣化與凝結(jié)處于動態(tài)平衡，該狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。對于水，存在飽和水狀態(tài)和飽和水蒸汽狀態(tài)。處于飽和狀態(tài)的壓力稱為飽和壓力ps，處于飽和狀態(tài)的溫度稱為飽和溫度ts,一般地，寫成其中，ts既可以是飽和蒸汽溫度，亦可以是飽和液體溫度g.三相點：當水的壓力低于某一數(shù)值時，液相不可能存在，而僅可能是氣相或固相pA三相點壓力，tA三相點溫度水的三相點壓力和溫度分別是：,7-2水的定壓加熱汽化（水蒸汽的產(chǎn)生）過程三個階段、五種狀態(tài)液體加熱階段：處于液態(tài)，吸收的熱量稱為液體熱，用ql表示，階段汽化階段：發(fā)生相變，由液態(tài)水汽態(tài)水，特點是定溫定壓，一定的壓力對應于一定的飽和溫度，吸收的熱量為汽化前熱階段過熱階段：處于氣態(tài)，吸收的熱用于加熱蒸汽，蒸汽的溫度高于該壓力下的飽和溫度。,過熱階段習慣上用過熱度來表示蒸汽。過熱度五種狀態(tài)：狀態(tài)1未飽和水狀態(tài)，特點是溫度低于該壓力下所對應的飽和水的溫度狀態(tài)2飽和水狀態(tài)：這時水的溫度為該壓力下的飽和溫度狀態(tài)3濕蒸汽狀態(tài)：汽化過程，處于汽液兩相共存狀態(tài)，引入干度和濕度概念,其中，mg濕蒸汽中飽和蒸汽質(zhì)量ml濕蒸汽中飽和水質(zhì)量顯然X+Y=1狀態(tài)4干飽和蒸汽：這時全部水均汽化為水蒸汽狀態(tài)5過熱蒸汽：這時蒸汽的溫度高于它的壓力所對應的飽和溫度，用過熱度表示兩者之關(guān)系,三相點,臨界點,飽和點,水水蒸汽的三個階段五種狀態(tài)，在T-S圖上表示為：水蒸汽的P-V圖和T-S圖：T-S圖上，X=1為飽和蒸汽線，上界線,ab液體加熱,bcd汽化,de過熱,X=0為飽和液體線，下界線水蒸汽的定壓發(fā)生過程概括為：一點三相點兩線三區(qū)五態(tài),上界線,下界線,汽,固,液,過熱蒸汽,飽和蒸汽,濕蒸汽,飽和液,未飽和液,7-2-2水蒸汽定壓發(fā)生過程的熱量計算,（）水的定壓預熱液體加熱階段定壓過程熱交換量=液體焓的增加則（）飽和水的定壓汽化過程相變階段特點：定溫定壓，汽液相共存，相變潛熱為其中,h飽和水焓,h0溫度為t0時的焓,s”干飽和水蒸汽熵,s飽和水的熵,h”飽和水蒸汽焓,h飽和水的焓,（）定壓過熱階段加入的熱量用于增加水蒸汽的焓設(shè)加熱終了水蒸汽的溫度為t，則對于定壓過程其中則，由0的水定壓加熱至t過熱蒸汽所需要加熱量為,h壓力為p溫度為t時水蒸汽的焓,h”壓力為p溫度為ts時水蒸汽的焓,t過熱度,7-3水蒸汽圖表,7-3-1水和水蒸汽的狀態(tài)參數(shù)計算三相點：當PPA時，液相不可能存在，只能存在氣、固相。PA三相點壓力三相態(tài)：純水在冰、水和汽三相平衡共存時的狀態(tài)。水處于三相態(tài)時這里，規(guī)定三相態(tài)時飽和水的內(nèi)能（1）溫度為ts，壓力為P的飽和水參數(shù)：該參數(shù)落,在水蒸汽圖表X=0的下界線上，可查飽和水和水蒸汽圖表獲得。其中，飽和水的熵s的計算為（2）壓力為P的干飽和蒸汽參數(shù)：可查T-s圖上X=1上界線的參數(shù)和附表飽和水和水蒸汽圖表求得，其參數(shù)的計算為：,（3）壓力為P的濕飽和蒸汽：由于即飽和壓力與飽和溫度一一對應，不是獨立的參數(shù)，故必須再知道一個表示濕蒸汽成分的參數(shù)才能使之確定，這個參數(shù)為X（干度），濕蒸汽參數(shù)依下式計算：,（4）壓力為P的過熱蒸汽，確定過熱蒸汽的狀態(tài)，除壓力外，還應知道其過熱度（t），則過熱蒸汽焓內(nèi)能熵一般情況下，過熱蒸汽參數(shù)可以從附表中查到,7-3-1水蒸汽熱力性質(zhì)表A.零點的規(guī)定編制水蒸汽表圖過程中，對u、s的計算起點（即零點）有專門的國際規(guī)定，即以水的三相點的液相水為基準點，其參數(shù)為在此參數(shù)下液相水的內(nèi)能和熵值為0，即而,B.水蒸汽表的分類B-1：未飽和水及過熱蒸汽表，列出在各種壓力及溫度下的未飽和水及過熱蒸汽的v、h、s值，水蒸汽的內(nèi)能未列出，可按u=h-pv計算。B-2：以溫度為序的飽和水及干飽和蒸汽表B-3：以壓力為序的飽和水及干飽和蒸汽表其中，飽和液體參數(shù)在右上角標“”，飽和蒸汽參數(shù)在右上角標“”C.汽液兩相區(qū)的參數(shù)計算在汽液兩相共存狀態(tài)中，既含有液體也,含有蒸汽，是飽和液體和飽和蒸汽的混合物，稱為濕蒸汽。若以分別表示干度為x的1濕蒸汽參數(shù)，則由前面已知：,計算舉例試確定壓力p=1MPa，溫度分別為100、200、300的水對應的狀態(tài)分析：查以壓力為序的飽和蒸汽表，得故100時為未飽和水，200和300時為過熱蒸汽,7-3-2水蒸氣熱力性質(zhì)圖由于蒸汽表示不連續(xù)的，在求表列值間隔中的數(shù)據(jù)時，必須使用內(nèi)插法，給使用帶來不便繪制水蒸汽的各種熱力性質(zhì)圖，水蒸汽圖一般包括水蒸汽的P-V圖、水蒸汽的T-S圖、水蒸汽的h-s圖和（壓焓）等。重點介紹h-s圖。,（a）定壓線群：一簇發(fā)散線群。由于故曲線走向：在濕蒸汽區(qū)p為常數(shù)，這時定壓線為一簇直線，過熱區(qū)內(nèi)，由于p隨T增大，故定壓線為一簇上翹曲線。,（b）定溫線群：由于濕蒸汽區(qū)中即壓力與溫度保持不變，則則就是說，濕蒸汽區(qū)中定溫線與定壓線斜率相等的直線，定壓線與定溫線重合，過熱蒸汽區(qū)中，定溫線較定壓線平坦。定溫線愈向右（即過熱度愈大時）愈平坦，逐漸接近定焓線，說明隨著過熱度增加，水蒸氣的性質(zhì)接近于理想氣體。,（d）定容線：由于定容過程即定容線是一簇斜率比定壓線陡的曲線。,（c）定干度線：即的曲線，只有在濕蒸汽區(qū)中才有,7-3-3熱力性質(zhì)圖表的應用A-查取狀態(tài)參數(shù)，由任意兩個已知獨立參數(shù)未知其他參數(shù)。B-分析和計算各種蒸汽的熱力過程（動力工程上廣泛應用）計算步驟為：1.由初態(tài)兩個獨立參數(shù)和終態(tài)的一個參數(shù)及過程條件，確定初、終態(tài)其他參數(shù)2.確定過程中工質(zhì)與外界的能量交換，計算過程的功量和熱量，這時，理想氣體狀態(tài)方程及其所推導的有關(guān)公式已不能用，但熱力學第一、第二定律仍可用。,應用水蒸氣圖（h-s）進行計算舉例：例(1):容積為85L的容器中，盛有液體水（質(zhì)量氣體水質(zhì)量求容器中的壓力。分析：已知，可先求干度X又已知容器容積，則濕蒸汽比容可得：,由于則可求得該濕蒸汽的對應的干飽和蒸汽比容為查表得有內(nèi)插法，例(2)2水盛于V=0.2m3的抽空密閉容器中加熱至200，求容器中P，h，蒸汽質(zhì)量mg和其體積vg分析：200時，查得,故200時的蒸汽為濕蒸汽由又,7-5水蒸汽的基本熱力過程,基本熱力過程定容、定溫、定壓、絕熱一般熱力過程多變過程分析熱力過程的目的一般地，水蒸汽的基本熱力過程的計算，不采用分析計算，而是采用h-s圖表來分析計算。在h-s圖上，水蒸汽的基本熱力過程克表示為：,計算工質(zhì)狀態(tài)變化,計算熱(能)量交換,定壓,定容,水蒸汽定壓發(fā)生過程（dp=0）水蒸汽定容發(fā)生過程dv=0定溫發(fā)生過程