工程熱力學8 蒸氣熱力性質(zhì)

1、八、蒸氣的熱力性質(zhì)蒸氣是一種氣體，但離液態(tài)不遠，故工作時常會有氣-液相變發(fā)生。8.1 單元工質(zhì)的相圖與相變一、相圖 氣 （P低，T 高）相 液 （P中，T 中）（物質(zhì)的聚集狀態(tài)） 固 （P高，T 低）相圖： 反映物質(zhì)不同的相及相變的狀態(tài)坐標圖。狀態(tài)方程 在 P-V-T 三維坐標系中構(gòu)成一曲面。若在其上不同的區(qū)域（參數(shù)范圍）呈現(xiàn)有不同的相及相變，則構(gòu)成 三維相圖。其在P-T面上的投影，稱為 P-T相圖； 在P-V面上的投影，稱為 P-V相圖。此外，也還有其他狀態(tài)參數(shù)相圖，如 T-S 相圖。這些都是二維相圖。二、P-T相圖氣固液熔解線汽化線升華線三相點臨界點C0漸變（液-氣無明顯分界）人為水TTP

2、突變圖中的升華線、汽化線、熔解線 統(tǒng)稱為相界線。其上發(fā)生相變，兩相平衡共存， 此時的狀態(tài)成為飽和狀態(tài)，如氣化線上 飽和液 飽和氣，任意比例混合， 故 飽和壓力與飽和溫度不獨立。 圖中 汽化線延伸到臨界點戛然而止（液-氣相變的潛熱及體積變化減小到零） 問對于熔解線 是否也存在這么一個臨界點？（固-液無連續(xù)轉(zhuǎn)變，故。） 三、P-V相圖 飽和氣線 相變線 液-氣兩相平衡區(qū) 三相線 飽和液線 C P V 液氣固點線P-T相圖上 P-V相圖上 線面（汽化線兩相區(qū)）相變線，定P即定T。 定壓加熱T不升，熱量為相變潛熱所吸收。8.2 單元復(fù)相系平衡條件一、熱力系的平衡判據(jù) S 無序度最大 平衡時 F、G 勢

3、能最小二、 化學勢對于 定質(zhì)量系統(tǒng) （閉系） 對于 變質(zhì)量系統(tǒng) 熱勢 力勢 化學勢（推動物質(zhì)轉(zhuǎn)變的勢）由 變質(zhì)量系統(tǒng)熱力學基本關(guān)系式為什么選而不選其它U、H、F關(guān)于質(zhì)量的偏導(dǎo)？（T，p均為強度量，與m無關(guān)）三、單元系相平衡條件采用判據(jù) （書上采用的是判據(jù)）剛性絕熱容器之孤立系由 則 故 又因孤立系 代入上式平衡時 極大 ， ，或 對任意變動 則 ， ， 即 熱平衡 力平衡 平衡條件 相平衡 討論：若已達熱平衡與力平衡 ，相尚未平衡當 ， ， 則 ， ， 則 即質(zhì)量總是從化學勢高的相向化學勢低的相轉(zhuǎn)移 （因故相界線 全轉(zhuǎn)成相 全轉(zhuǎn)成相 相與相可以任意比例存在抽氣降溫為向勢能小的方向變化）四、吉布

4、斯相率兩相平衡 即 或 不獨立三相平衡 唯一確定 如 水 三相點可作為溫度基準點。一般 對于無化學反應(yīng)系統(tǒng) 吉布斯相率 其中：I獨立參量個數(shù)，自由度，C 系統(tǒng)中的組元數(shù)，P 系統(tǒng)中的相數(shù)。五、克勞修斯-克拉貝龍方程確定相界線的斜率，從而給出相平衡的p與T的關(guān)系式。 -得由 得 ，則可表為 克勞修斯-克拉貝龍方程大多數(shù)物質(zhì) 為正，少數(shù)物質(zhì)為負，如水。應(yīng)用：（1） 熔點與壓強將0時水的潛熱（融解熱），液相體積，固相體積代入得 即每增加134個大氣壓，冰的融點下降1.此可以來解釋冰川運動，冰刀運動。（2） 沸點與壓強 將沸點100 （）汽化潛熱 ，水的液相體積 ，氣相體積 代入得 （1 mmHg=1

5、33.3Pa）在珠峰頂（8848m）上，氣壓p由,即水約在82沸騰。 （3）蒸氣壓曲線（氣化線）與氣相體積相比，液相體積可忽略不計， （理想氣體假定） （近似） （較精確）其中 A ，B ，C 由實驗數(shù)據(jù)擬合。8.3 蒸氣的定壓發(fā)生過程工程上蒸氣的產(chǎn)生（鍋爐、蒸汽發(fā)生器、蒸煮設(shè)備）與凝結(jié)（冷凝器）都是在定壓下進行的，因定壓易于控制。 液體加熱蒸氣定壓發(fā)生過程三階段 氣化 過熱飽和液(過冷液)（干）飽和蒸氣過熱蒸氣 未飽和液C1°1112°2223333°pV濕（飽和）蒸氣（干）飽和蒸氣較陡較緩（液體不可壓）定壓加熱總結(jié)：一點 （臨界點）兩線 （飽和液線、飽和蒸氣線

6、）三區(qū) （過冷（液）區(qū)、濕蒸氣區(qū)、過熱（蒸氣）區(qū)）五態(tài)（ 過冷液、飽和液、濕（飽和）蒸氣、（干）飽和蒸氣、過熱蒸氣）過冷液區(qū)：未飽和液飽和液 濕蒸氣區(qū)： 飽和液飽和蒸氣 干度 過熱蒸氣區(qū)： 飽和蒸氣過熱蒸氣 （超）臨界（）：無相變區(qū)，加熱按單相進行。8.4 蒸氣熱力性質(zhì)表由于蒸氣的狀態(tài)方程較為復(fù)雜，故通常熱力計算基本是利用表或圖，或熱力性質(zhì)計算軟件。一、 基準點前面的熱力計算都是利用熱力學函數(shù)的相對值，如、等，而表與圖需絕對值。水蒸氣 取三相點 （）其它 （氨蒸氣、氟利昂蒸氣等）不同的書基準點不統(tǒng)一，數(shù)值不能混用。二、 表I. 飽和液與飽和蒸氣表 （三相點與臨界點之間飽和區(qū)只需一個獨立參數(shù)）按

7、溫度排列 a) 與 按壓力排列 b) 兩類列出 飽和液與飽和蒸氣各參數(shù) 中間濕飽和蒸氣區(qū)各參數(shù) 用干度及以上參數(shù)計算。II. 未飽和液及過熱蒸氣表（需二個獨立參數(shù)） 表的優(yōu)點 精度高； 缺點 需插值，表示熱力過程不夠形象8.5 蒸氣熱力性質(zhì)圖 焓-熵圖（h-s） （熱能動力工程） 圖 壓-焓圖（p-h） （制冷） 溫-熵圖 （T-s） （深冷）一h-s圖因 常常等于，故可用圖上線段長度表示，故計算更方便（T-s圖為面積） 飽和液體線及飽和蒸氣線 定壓線簇 定溫線簇 圖上有 定容線簇 定干度線簇 定熵線線簇 （坐標線） 定焓線線簇 （坐標線）過熱區(qū)過冷區(qū)濕蒸氣區(qū)濕蒸氣區(qū) ，定壓即定溫， 定壓線斜率不變，故定線為直線。過熱區(qū)， 定溫線趨于水平（ 接近理想氣體， 定）二、p-h圖蒸氣壓縮制冷的分析計算中，壓力、焓為主要參數(shù)制冷劑常在低壓區(qū)工作，為使低壓下的圖線分散開，常取 lnp h。定s線定T線定x線x=0x=1Chlnp三、T-s圖定v 線定p 線定h 線定x 線sTCCx=0 x=1 總結(jié)： 表精確， 圖方便