第7章水蒸氣new

1、第七章第七章 水蒸汽水蒸汽1、工質(zhì)易獲得、不污染環(huán)境、應(yīng)用廣泛、工質(zhì)易獲得、不污染環(huán)境、應(yīng)用廣泛 一、學(xué)習(xí)的意義及任務(wù)一、學(xué)習(xí)的意義及任務(wù)發(fā)電發(fā)電供熱供熱吸收式制冷吸收式制冷2、其熱力性質(zhì)有代表性、其熱力性質(zhì)有代表性、h、u、p、v、t等等參數(shù)求解不能按理想氣體處理參數(shù)求解不能按理想氣體處理二、幾個概念二、幾個概念汽汽 化化液相變氣相的過程，汽化速度取決于液體的液相變氣相的過程，汽化速度取決于液體的溫度溫度凝凝 結(jié)結(jié)氣相變液相的過程，凝結(jié)速度取決于蒸汽的氣相變液相的過程，凝結(jié)速度取決于蒸汽的分壓力分壓力蒸發(fā)蒸發(fā)在液體表面進(jìn)行的汽化過程。在液體表面進(jìn)行的汽化過程。沸騰沸騰在液體表面及內(nèi)部同時進(jìn)行

2、的汽化過程在液體表面及內(nèi)部同時進(jìn)行的汽化過程飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)在密閉容器內(nèi)，當(dāng)汽化速度與凝結(jié)速度相等在密閉容器內(nèi)，當(dāng)汽化速度與凝結(jié)速度相等時的狀態(tài)。時的狀態(tài)。飽和參數(shù)飽和參數(shù)達(dá)飽和狀態(tài)時的參數(shù)。如達(dá)飽和狀態(tài)時的參數(shù)。如PsPs、Ts Ts 。PsPs與與TsTs是是單調(diào)增的關(guān)系，即單調(diào)增的關(guān)系，即 f(pf(ps s)=f(t)=f(ts s) )飽和蒸汽飽和蒸汽達(dá)飽和狀態(tài)時的蒸汽達(dá)飽和狀態(tài)時的蒸汽飽和液體飽和液體達(dá)飽和狀態(tài)時的液體達(dá)飽和狀態(tài)時的液體三、三、水蒸汽的定壓生成過程水蒸汽的定壓生成過程1 1、水蒸氣的定壓生成過程、水蒸氣的定壓生成過程stt2 2、汽化潛熱、汽化潛熱(r) (r) 在

3、某一壓力下，飽和液體定壓加熱成干在某一壓力下，飽和液體定壓加熱成干飽和蒸汽所吸收的熱量。單位：飽和蒸汽所吸收的熱量。單位：(kJ/kg)(kJ/kg)sttsttsttstt未飽和水未飽和水飽和水飽和水濕飽和蒸汽濕飽和蒸汽干飽和蒸汽干飽和蒸汽過熱水蒸汽過熱水蒸汽四、水蒸汽的四、水蒸汽的p-vp-v圖和圖和T-sT-s圖圖 1 1、 p-vp-v圖和圖和T-sT-s圖的繪制方法圖的繪制方法 將將0.01C0.01C的純水，在某一壓力下定壓加熱，使之由未飽和水變?yōu)檫^熱蒸的純水，在某一壓力下定壓加熱，使之由未飽和水變?yōu)檫^熱蒸汽，并且記錄下不同溫度時的汽，并且記錄下不同溫度時的v v（尤其關(guān)注飽和濕蒸

4、汽的始、終點(diǎn)）熱量（尤其關(guān)注飽和濕蒸汽的始、終點(diǎn)）熱量QQ等，便可在等，便可在p-vp-v圖和圖和T-sT-s圖上得到一條等壓曲線。例如圖中曲線圖上得到一條等壓曲線。例如圖中曲線11111111。線。線。 改變壓力，重復(fù)上面的過程便得到一系列這樣的曲線如改變壓力，重復(fù)上面的過程便得到一系列這樣的曲線如2222等。等。 將這些不同壓力下的飽和水狀態(tài)點(diǎn)（下飽和點(diǎn)）聯(lián)結(jié)，再將不將這些不同壓力下的飽和水狀態(tài)點(diǎn)（下飽和點(diǎn)）聯(lián)結(jié)，再將不同壓力下的干飽和蒸汽點(diǎn)（上飽和點(diǎn)）聯(lián)結(jié)，便得到同壓力下的干飽和蒸汽點(diǎn)（上飽和點(diǎn)）聯(lián)結(jié)，便得到p-v圖上的曲線圖上的曲線1 C1。 C點(diǎn)點(diǎn) 臨界點(diǎn)（任何物質(zhì)其臨界點(diǎn)是唯一的）

5、。臨界點(diǎn)（任何物質(zhì)其臨界點(diǎn)是唯一的）。CA線線 飽和液態(tài)線（下界線）飽和液態(tài)線（下界線）CB 線線干飽和蒸汽線（上界線）。干飽和蒸汽線（上界線）。將有關(guān)參數(shù)整理也可在將有關(guān)參數(shù)整理也可在T-s圖上繪出不同壓力下的一系列曲圖上繪出不同壓力下的一系列曲vs2010AC2010CpT2122x1x111x122x2xxcTcpcTTABB2 2、幾個問題的解釋、幾個問題的解釋 在在p-vp-v圖上，圖上，1212 為什么近似在一條等容線上？為什么近似在一條等容線上？ 答：因?yàn)橐后w幾乎是不可壓縮的，因此不同壓力下處于答：因?yàn)橐后w幾乎是不可壓縮的，因此不同壓力下處于0C0C的水的比容幾乎是相等的。的水的

6、比容幾乎是相等的。 p-vp-v圖上，飽和液線的斜率為什么是正的？圖上，飽和液線的斜率為什么是正的？答：當(dāng)壓力增大時，對比容產(chǎn)生兩方面的相反的影響，一方答：當(dāng)壓力增大時，對比容產(chǎn)生兩方面的相反的影響，一方面面P P增大，增大，V V減??；另一方面，減??；另一方面，P P增大導(dǎo)致增大導(dǎo)致TsTs增大，從而導(dǎo)致增大，從而導(dǎo)致VsVs增大，由于液體的增大，由于液體的V V對溫度較壓力更敏感，因此綜合效果對溫度較壓力更敏感，因此綜合效果是是PsPs增大導(dǎo)致增大導(dǎo)致V V增大，故飽和液線的斜率總是正的。增大，故飽和液線的斜率總是正的。 p-vp-v圖上，飽和汽線的斜率為什么是負(fù)的？圖上，飽和汽線的斜率為

7、什么是負(fù)的？答：當(dāng)壓力增大時，對比容產(chǎn)生兩方面的相反的影響，一方面答：當(dāng)壓力增大時，對比容產(chǎn)生兩方面的相反的影響，一方面P P增增大，大，V V減??；另一方面，減??；另一方面， P P增大，增大，TsTs增大導(dǎo)致增大導(dǎo)致V V增大。由于氣體的增大。由于氣體的P P對對V V較溫度的變化更敏感，因此綜合效果是較溫度的變化更敏感，因此綜合效果是PsPs增大導(dǎo)致增大導(dǎo)致VsVs減小，故減小，故飽和汽線的斜率總是負(fù)的。飽和汽線的斜率總是負(fù)的。3 3、p-vp-v圖上的一點(diǎn)，二線，三區(qū)，五狀態(tài)圖上的一點(diǎn)，二線，三區(qū)，五狀態(tài) 由于飽和液線的斜率為正，飽和汽線的斜率為負(fù)，因此，由于飽和液線的斜率為正，飽和汽

8、線的斜率為負(fù)，因此，壓力增至某一值壓力增至某一值PcPc時時, ,兩線將交于一點(diǎn)兩線將交于一點(diǎn)C C，這點(diǎn)叫臨界點(diǎn)，此，這點(diǎn)叫臨界點(diǎn)，此點(diǎn)的參數(shù)稱作臨界參數(shù)點(diǎn)的參數(shù)稱作臨界參數(shù)P Pc c、T Tc c、V Vc c 對于水：對于水： 22.11522.115a a；t tc c=374.12=374.12這兩線（這兩線（飽和液線飽和液線CACA，飽和汽線，飽和汽線CBCB）一點(diǎn)（）一點(diǎn)（臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)C C）將）將p-vp-v圖分成三區(qū)，水便有五中狀態(tài)。圖分成三區(qū)，水便有五中狀態(tài)。三區(qū)：未飽和液體區(qū)、濕飽和蒸汽區(qū)、過熱蒸汽區(qū)三區(qū)：未飽和液體區(qū)、濕飽和蒸汽區(qū)、過熱蒸汽區(qū); ;五狀態(tài)：未飽和液體、

9、飽和液體、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽、五狀態(tài)：未飽和液體、飽和液體、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽過熱蒸汽. .濕飽和蒸汽中所含的干飽和蒸汽的質(zhì)量成分，即濕飽和蒸汽中所含的干飽和蒸汽的質(zhì)量成分，即 vvvlmmxmmm（1-x1-x）則是飽和水的質(zhì)量成分）則是飽和水的質(zhì)量成分4、濕蒸汽的干度、濕蒸汽的干度x五、水蒸氣的表的使用五、水蒸氣的表的使用 由于水蒸氣不能視為理想氣體，故有關(guān)理想氣體的狀態(tài)方程均不能使用，由于水蒸氣不能視為理想氣體，故有關(guān)理想氣體的狀態(tài)方程均不能使用，為工程上使用方便，將水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)制成圖表。為工程上使用方便，將水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)制成圖表。19631963年第六屆國際水和

10、水蒸氣會議決定，將純水的三相點(diǎn)作為基點(diǎn)，并規(guī)年第六屆國際水和水蒸氣會議決定，將純水的三相點(diǎn)作為基點(diǎn)，并規(guī)定此點(diǎn)的定此點(diǎn)的u=0u=0，s=0s=0 。由于純水的三相點(diǎn)是唯一的，且國際上均選用這。由于純水的三相點(diǎn)是唯一的，且國際上均選用這個零點(diǎn)，故各國繪制的圖表就可以通用，便于國際交流。個零點(diǎn)，故各國繪制的圖表就可以通用，便于國際交流。003000611.2Pa;273.16K;=0.00100022m /kg;0kJ/kg;0kJ/(kg K)pTvus1.水蒸汽表及圖中零點(diǎn)的規(guī)定水蒸汽表及圖中零點(diǎn)的規(guī)定水的三相點(diǎn)參數(shù)為：水的三相點(diǎn)參數(shù)為：根據(jù)焓的定義根據(jù)焓的定義, ,可求出焓可求出焓-300

11、0 00611.2 100.00100022=0.000614kJ/kg0kJ/kghup v所以工程上認(rèn)為三相點(diǎn)液相水的焓取零已足夠準(zhǔn)確。所以工程上認(rèn)為三相點(diǎn)液相水的焓取零已足夠準(zhǔn)確。. .水蒸汽表的使用水蒸汽表的使用由于規(guī)定了零點(diǎn)，故不同壓力、溫度時的由于規(guī)定了零點(diǎn)，故不同壓力、溫度時的u u，h,h,，s s值值便是唯一確定的便是唯一確定的. . 水蒸氣表的編排水蒸氣表的編排 a a）按溫度編排，見附表）按溫度編排，見附表1 1b）按壓力編排，見附表）按壓力編排，見附表2 2c) c) 按溫度編排，見附表按溫度編排，見附表3 3查查未飽和水及過熱水蒸氣參數(shù)未飽和水及過熱水蒸氣參數(shù) 查飽和

12、查飽和參數(shù)參數(shù)用附表用附表3， 查取時需同時知道查取時需同時知道p,t方可確定其他狀態(tài)參數(shù)方可確定其他狀態(tài)參數(shù)(粗實(shí)線以上為未粗實(shí)線以上為未飽和水，粗實(shí)線以下為過熱蒸汽飽和水，粗實(shí)線以下為過熱蒸汽)hx= h (1-x)+ h xSx = s (1-x)+ s xvx = v (1-x)+ v x各種表中均未給出各種表中均未給出u的值，它必須通過公式的值，它必須通過公式u=h-pv進(jìn)行計(jì)算進(jìn)行計(jì)算用表用表1，表，表2只需知道只需知道Ps、Ts中一個便可讀得其余所有裝狀態(tài)參數(shù)如中一個便可讀得其余所有裝狀態(tài)參數(shù)如v,v,h,h,rS,s等等飽和參數(shù)的查取飽和參數(shù)的查取未飽和及過熱狀態(tài)參數(shù)的確定未飽

13、和及過熱狀態(tài)參數(shù)的確定 濕蒸汽區(qū)濕蒸汽區(qū)v,h,s的確定的確定此區(qū)域不能直接自任何表中讀出，需由此區(qū)域不能直接自任何表中讀出，需由ps或或Ts及干度及干度x進(jìn)行計(jì)算。其進(jìn)行計(jì)算。其公式為：公式為：內(nèi)能的確定內(nèi)能的確定 u. .使用舉例使用舉例例例 飽和蒸汽的溫度為飽和蒸汽的溫度為ts=130ts=130，求，求p ps s，vv，vv，hh，hh，r r，ss，ss。則：則：h = hh = h（1-x1-x）+ h”x+ h”x v=v v=v（1-x1-x）+ v”x+ v”x s=s s=s（1-x1-x）+ s”x+ s”x u=h-pv u=h-pv求解時查附表求解時查附表1即可。即

14、可。求解時查附表求解時查附表2即可。即可。例例 求求t=130，x=0.3的濕飽和蒸汽的的濕飽和蒸汽的h、v、u、s值值解：查附表解：查附表1得：得： h、h、v、v、s、s、ps例例 求求0.9MPa下干飽和蒸汽的參數(shù)。下干飽和蒸汽的參數(shù)。解：查解：查附表附表3 3知知: :此時水為過熱蒸汽，且此時水為過熱蒸汽，且 h=3704.5kJ/kg h=3704.5kJ/kg s=9.0979 kJ/kg s=9.0979 kJ/kg v=4.028mv=4.028m3 3/kg/kg例例 確定確定t=600 p=0.1MPa 時水的狀態(tài)，并求時水的狀態(tài)，并求h,s,u所以所以 u= h-pvu=

15、 h-pv=3704.5-100 x4.028=3301.7kJ/kg=3704.5-100 x4.028=3301.7kJ/kg作業(yè)：作業(yè)：7-37-3、7-47-4、7-77-7、7-97-9六、六、 水蒸汽水蒸汽h-sh-s圖的使用圖的使用1. 1. 編排如圖編排如圖X=0.1X=0.1hx xX=0.9X=0.9CST Tv vp p2.2.使用使用過熱區(qū)由過熱區(qū)由p p，v v，T T中兩個參數(shù)直接查取出其他參數(shù)中兩個參數(shù)直接查取出其他參數(shù)兩相區(qū)中由兩相區(qū)中由p p，v v，T T之一及之一及x x兩個參數(shù)直接查取其他兩個參數(shù)直接查取其他的參數(shù)的參數(shù) 能量方程能量方程 u=h-pvu

16、=h-pvw=pdvw=pdv wwt t=-vdp=-vdp3.3.基本基本處理方處理方法法七、水蒸汽的基本熱力過程及七、水蒸汽的基本熱力過程及q q，u u，ww、wwt t的計(jì)算的計(jì)算 0twvdp 21()tqhwhhh (0twvdp 因?yàn)椋?212)(vvphhu21wpdvp vv 1. 1. 定壓過程（沿等壓線走）定壓過程（沿等壓線走） 定壓過程定壓過程 2. 2. 定容過程（沿等容線走）定容過程（沿等容線走） 0pdvw21quuu uq定容過程定容過程 2121()hhv pp21twv pp 3 3、定溫過程（沿等溫線）、定溫過程（沿等溫線） 12121()qT ss)(

17、)(112212vpvphhuuqw)(12hhqwt定溫過程定溫過程注意：對于實(shí)際氣體，溫度相等注意：對于實(shí)際氣體，溫度相等的過程，內(nèi)能和焓卻不相等的過程，內(nèi)能和焓卻不相等0q)()(112212vpvphhuuuqw21hhwt 4 4、絕熱可逆過程（沿等熵線）、絕熱可逆過程（沿等熵線） 絕熱可逆過程絕熱可逆過程 例例1 1 某蒸汽機(jī)，進(jìn)口狀態(tài)為：某蒸汽機(jī)，進(jìn)口狀態(tài)為：t=550t=550，p p1 1=10MPa=10MPa，m=10kg/s,m=10kg/s,排氣壓力排氣壓力p p2 2=0.012MPa=0.012MPa。求求: :（1 1）蒸汽機(jī)的等熵軸功率）蒸汽機(jī)的等熵軸功率Ns

18、為多少？為多少？ （2 2）排汽溫度為排汽溫度為115時的軸功率時的軸功率N為多少？（汽機(jī)為絕熱過程）為多少？（汽機(jī)為絕熱過程） （3 3）排汽溫度為排汽溫度為115時的絕熱效率為多少？時的絕熱效率為多少？hs12BP1P2h1hBh2過點(diǎn)過點(diǎn)1作等熵線與作等熵線與p2交于點(diǎn)交于點(diǎn)2， 查點(diǎn)查點(diǎn)2得：得： h2=2540kJ/kg 解：解：由由t1、p1 及及tB、p2查查h-s圖得：圖得： h1 =3580 kJ/kg , hB=2700 kJ/kg ,hs12BP1P2h1hBh2(3)(3)絕熱效率為絕熱效率為: :則：則：Wts=(h1-h2) =h1-h2 =3580-2540=10

19、40 kJ/kg（1）等熵軸功率為）等熵軸功率為 : Ns=Wtsm=1.0410=104Mw（2）實(shí)際軸功率為）實(shí)際軸功率為 : N=Wtm=0.8810=88MwWt=(h1-hB)=h1-hB =3580-2700=880 kJ/kgN100%84.6%Ns八、水的相圖及三相點(diǎn)八、水的相圖及三相點(diǎn) 前面講過，水汽化時，有前面講過，水汽化時，有Ps=f(TsPs=f(Ts) )的關(guān)系，它可用水的相圖表示，的關(guān)系，它可用水的相圖表示，固體在一定壓力下吸收熱量時發(fā)生如下現(xiàn)象固體在一定壓力下吸收熱量時發(fā)生如下現(xiàn)象: :p pp pT TT T液液液液氣氣氣氣固固固固a)a)凝固時體積膨脹的物質(zhì)（

20、如水）凝固時體積膨脹的物質(zhì)（如水） b)b)凝固時體積縮小的物體（如凝固時體積縮小的物體（如COCO2 2）三相點(diǎn)三相點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)流體流體流體流體1、相圖結(jié)構(gòu)、相圖結(jié)構(gòu)BCADDCBAp pp pT TT T液液液液氣氣氣氣固固固固a)a)凝固時體積膨脹的物質(zhì)（如水）凝固時體積膨脹的物質(zhì)（如水） b)b)凝固時體積縮小的物體（如凝固時體積縮小的物體（如COCO2 2）三相點(diǎn)三相點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)流體流體流體流體BCADDCBAA A點(diǎn)點(diǎn)三相點(diǎn)三相點(diǎn).( .(注：注：A A點(diǎn)在書中兩處應(yīng)用點(diǎn)在書中兩處應(yīng)用) ) 熱力學(xué)溫度基準(zhǔn)：熱力學(xué)溫度基準(zhǔn)：273.16K 273.16K

21、 水蒸氣表中三相點(diǎn)：水蒸氣表中三相點(diǎn)：u=0 s=0u=0 s=0C C點(diǎn)點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn) 三相平衡線：三相平衡線： ABAB線線固液兩相共存狀態(tài)固液兩相共存狀態(tài) 溶解曲線溶解曲線 ACAC線線液汽兩相共存狀態(tài)液汽兩相共存狀態(tài) 汽化曲線汽化曲線 ADAD線線固汽平衡曲線固汽平衡曲線 升華曲線升華曲線凝固時體積膨脹的物質(zhì)凝固時體積膨脹的物質(zhì)p pT T液液氣氣固固臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)流體流體BCAD升華升華固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)的過程。固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)的過程。 凝華凝華氣態(tài)直接變?yōu)楣虘B(tài)的過程。氣態(tài)直接變?yōu)楣虘B(tài)的過程。 2.2.相圖中幾個注意的問題的解釋相圖中幾個注意的問題的解釋原因：如物質(zhì)凝固時體積增大，那么當(dāng)

22、壓強(qiáng)增大時液體就不容易凝固，就要更原因：如物質(zhì)凝固時體積增大，那么當(dāng)壓強(qiáng)增大時液體就不容易凝固，就要更低的溫度，所以低的溫度，所以p p 增大增大t t減小減小 故在故在p-tp-t圖上斜率為負(fù)圖上斜率為負(fù) 原因：液變汽的過程，比容均為增大的過程，故壓強(qiáng)增大，就不容易凝固，原因：液變汽的過程，比容均為增大的過程，故壓強(qiáng)增大，就不容易凝固，就要更高的溫度才可汽化，即溫度增大，因此在就要更高的溫度才可汽化，即溫度增大，因此在p-tp-t圖上，斜率為正。圖上，斜率為正。原因：此季節(jié)空氣干燥，空氣中水蒸氣分壓力原因：此季節(jié)空氣干燥，空氣中水蒸氣分壓力Ps0.6112KPaPs0.6112KPa（三相點(diǎn)壓力）（三相點(diǎn)壓力） 氣溫又在接近氣溫又在接近0C0C的范圍。因此在夜晚溫度稍有下降時，水蒸氣就由氣態(tài)越的范圍。因此在夜晚溫度稍有下降時，水蒸氣就由氣態(tài)越過汽固線過汽固線ADAD變?yōu)楣腆w冰。此現(xiàn)象叫做凝華。變?yōu)楣腆w冰。此現(xiàn)象叫做凝華。 為什么為什么a圖中圖中 AB線的斜率為負(fù)，而線的斜率為負(fù)，而b圖中為正圖中為正在兩圖中在兩圖中AC線的斜率為何均為正？線的斜率為何均為正？秋冬之交季節(jié)，為何出現(xiàn)霜凍？秋冬之交季節(jié)，為何