第7章水和水蒸氣性質(zhì)

1、水蒸氣水蒸氣在空氣中含量極小，當作在空氣中含量極小，當作理想氣體理想氣體一般情況下，為一般情況下，為實際氣體實際氣體，使用圖表，使用圖表18世紀，蒸氣機的發(fā)明，是唯一工質(zhì)世紀，蒸氣機的發(fā)明，是唯一工質(zhì)直到內(nèi)燃機發(fā)明，才有燃氣工質(zhì)直到內(nèi)燃機發(fā)明，才有燃氣工質(zhì)目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)優(yōu)點優(yōu)點: 便宜，易得，無毒，便宜，易得，無毒， 膨脹性能好，傳熱性能好膨脹性能好，傳熱性能好物質(zhì)有三種聚集狀態(tài)：物質(zhì)有三種聚集狀態(tài)：固態(tài)固態(tài)、液態(tài)液態(tài)、氣態(tài)氣態(tài)熱力學面：熱力學面：以以p,v,T表示的物質(zhì)各種狀態(tài)表示的物質(zhì)各種狀態(tài) 的曲面的曲面水的三態(tài)：水的三態(tài)

2、：冰冰、水水、蒸汽蒸汽兩相區(qū)兩相區(qū)單相區(qū)單相區(qū)氣液固pvT六個區(qū)：三個單相區(qū)、三個兩相區(qū)六個區(qū)：三個單相區(qū)、三個兩相區(qū)液-氣固-氣固-液pvTpv四個線：三個飽和線、一個四個線：三個飽和線、一個三相線三相線飽和氣線三相線飽和液線飽和固線T臨界點一個點：一個點：臨界點臨界點coc3c22.129MPa647.30K (374.15 C)m0.00326kgpTv水的臨水的臨界點狀界點狀態(tài)態(tài)飽和液線與飽和氣線的交點飽和液線與飽和氣線的交點氣液兩相共存的氣液兩相共存的pmax,Tmax等溫線是鞍點等溫線是鞍點cc22TT0,0ppvv臨臨界界點點水的三相線水的三相線tptp611.2Pa,273.1

3、6KpTppTT液液液液氣氣氣氣固固固固水水一般物質(zhì)一般物質(zhì)三相點三相點三相點三相點臨界點臨界點臨界點臨界點流體流體流體流體升華線升華線升華線升華線凝固線凝固線凝固線凝固線汽化線汽化線汽化線汽化線沒有。沒有。t374.16 有有3. 有沒有有沒有500C的水的水？1. 溜冰冰刀溜冰冰刀2. 北方冬天晾在外邊的衣服，北方冬天晾在外邊的衣服，是否經(jīng)過液相是否經(jīng)過液相4. 有沒有有沒有-3 的蒸汽的蒸汽？5. 一密閉容器內(nèi)有水的汽液混合物，對其一密閉容器內(nèi)有水的汽液混合物，對其 加熱，是否一定能變成蒸汽？加熱，是否一定能變成蒸汽？ppTT液液液液氣氣氣氣固固固固水水一般物質(zhì)一般物質(zhì)三相點三相點三相點

4、三相點臨界點臨界點臨界點臨界點流體流體流體流體pv飽和氣線三相線飽和液線飽和固線T臨界點鍋鍋爐爐汽輪機汽輪機發(fā)電機發(fā)電機給水泵給水泵凝凝汽汽器器過熱器過熱器因固相不流動，因固相不流動，更關(guān)心汽液兩相更關(guān)心汽液兩相冰蓄冷冰蓄冷( (氣體和液體均處在飽和狀態(tài)下氣體和液體均處在飽和狀態(tài)下) )飽和狀態(tài)：飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡汽化汽化: 由液態(tài)變成氣態(tài)的物理過程由液態(tài)變成氣態(tài)的物理過程 (不涉及化學變化不涉及化學變化)蒸發(fā)：蒸發(fā)：汽液表面上的汽化汽液表面上的汽化 飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡飽和溫度飽和溫度Ts飽和壓力飽和壓力ps一一對應(yīng)一一

5、對應(yīng)放掉一些水，放掉一些水，Ts不變，不變， ps？Tspsps=1.01325barTs=100 青藏青藏ps=0.6barTs=85.95 高壓鍋高壓鍋ps=1.6barTs=113.32 ppTT液液液液氣氣氣氣固固固固水水一般物質(zhì)一般物質(zhì)三相點三相點三相點三相點臨界點臨界點臨界點臨界點流體流體流體流體汽化線汽化線汽化線汽化線t tsv vv = vv = vv v v未飽和水未飽和水飽和水飽和水 飽和濕蒸汽飽和濕蒸汽 飽和干蒸汽飽和干蒸汽 過熱蒸汽過熱蒸汽h hh = hh = hh h hs ss = ss = ss s s水預熱水預熱汽化汽化過熱過熱(1)()QUWUpdVUpVU

6、pVH (2)fg0SSS 只有熵加熱時永遠增加只有熵加熱時永遠增加(3) 理想氣體理想氣體( )hf T實際氣體汽化時，實際氣體汽化時，TTs不變，但不變，但h增加增加hh汽化潛熱汽化潛熱(4) 未飽和水未飽和水過冷度過冷度sttt過冷過冷水過冷水過熱蒸汽過熱蒸汽過熱度過熱度sttt過熱cpcTcTABCACBcTTcTT cppcpp3a3b3d3e3c3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e2c2a2b2d2e1c1a1b1d1e1c1a1b1d1eTsp-v圖，圖，T-s圖上的水蒸氣定壓加熱過程圖上的水蒸氣定壓加熱過程pvcp一點，二線，三區(qū)，五態(tài)一點，二線，三區(qū)，五態(tài)ptsv(bar

7、)vsskJ/(kg.K)0.0061120.01 0.00100022 206.1750.09.15621.099.63 0.00104341.6946 1.3027 7.36085.0151.85 0.00109280.374811.8604 6.821550.0263.92 0.00128580.03941 2.9209 5.9712221.29374.15 0.003260.00326 4.4294.429(bar)()bdbd當忽略液體當忽略液體cp變化，變化，21ln0qTscTT( , )uf T v0qdupdv不同的不同的p，液體近似，液體近似不可壓，不可壓，v不變不變對每個

8、對每個不變的不變的T狀態(tài)公理：狀態(tài)公理：簡單可壓縮系統(tǒng)，兩個獨立變量簡單可壓縮系統(tǒng)，兩個獨立變量未飽和水及過熱蒸汽，一般已知未飽和水及過熱蒸汽，一般已知p、T即可即可飽和水和干飽和蒸汽，只需確定飽和水和干飽和蒸汽，只需確定p或或T濕飽和蒸汽，濕飽和蒸汽， p和和T不獨立，汽液兩相不獨立，汽液兩相1875年，吉布斯提出了年，吉布斯提出了吉布斯相律吉布斯相律1、未飽和水及過熱蒸汽、未飽和水及過熱蒸汽確定任意兩個獨立參數(shù)，如：確定任意兩個獨立參數(shù)，如：p、T2、飽和水和干飽和蒸汽、飽和水和干飽和蒸汽確定確定p或或T3、濕飽和蒸汽、濕飽和蒸汽除除p或或T外，其它參數(shù)與兩相比例有關(guān)外，其它參數(shù)與兩相比例

9、有關(guān)定義定義干飽和蒸汽干飽和蒸汽fmxmmvv干飽和蒸汽質(zhì)量濕飽和蒸汽質(zhì)量飽和水飽和水對對干度干度x的說明：的說明：x = 0 飽和水飽和水x = 1 干飽和蒸汽干飽和蒸汽0 x 1在在過冷水過冷水和和過熱蒸汽過熱蒸汽區(qū)域，區(qū)域，x無意義無意義 如果有如果有1kg濕蒸氣，干度為濕蒸氣，干度為x, 即有即有xkg飽和蒸汽，飽和蒸汽，(1-x)kg飽和水。飽和水。)1 (yxxyy)1 ()1 ()1 (sxxssvxxvvhxxhhyyxyy已知已知p或或T(h,v,s,h,v,s)+干度干度xh ,v ,s兩類兩類2、未飽和水和過熱蒸汽表未飽和水和過熱蒸汽表1、飽和水和干飽和蒸汽飽和水和干飽和

10、蒸汽表表o/ CtKT /aMPp/kgmv/ 3kgmv/3kgkJh/kgkJh/)(/ KkgkJs)(/KkgkJs01. 010020030016.273000611. 000100022. 0175.2060 .2501000614. 00000. 01562. 915.373101325. 00010437. 06738. 13 .267606.4193069. 13564. 715.4735551. 10011565. 04 .82512714. 04 .27913307. 24289. 615.5735917. 80014041. 002162. 04 .13454 .274

11、82559. 37038. 5kgmv/ 3kgmv/3kgkJh/kgkJh/)(/ KkgkJs)(/KkgkJso/ Ct982. 663.9988.17996.3105 .24840010001. 0208.1298 .251333.291060. 02 .22580010434. 06946. 17 .267551.4173027. 14 .20140011274. 06 .76219430. 00 .27778 .1315aMPp/001. 01 . 00 . 1100014526. 001800. 06 .14084 .27249756. 83608. 71382. 25847.

12、 63616. 36143. 5kgkJr/飽和參數(shù)paMP01. 0aMP02. 083.45st1505. 86493. 04 .258484.191676.140010102. 0 s sh hv v09.60st9092. 78321. 06 .260946.2516515. 70010172. 0 s sh hv vtvhsvhs04080600010002. 00.00001. 00010002. 00 . 00001. 05 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 08310. 01 .2510010171. 01752. 83 .2

13、61134.1527.163 .26493437. 8119. 88 .26470205. 84 .2724052. 95479. 84 .272512.182261. 8120原則上可任取零點，國際上統(tǒng)一規(guī)定。原則上可任取零點，國際上統(tǒng)一規(guī)定。但但 原則上不為原則上不為0， 對水：對水： pvuh3m611.2 0.00100022apPvkg00006. 06 . 0kgkJkgJpvuh 表依據(jù)表依據(jù)1963年第六屆國際水和水蒸氣會議發(fā)年第六屆國際水和水蒸氣會議發(fā)表的國際骨架表編制，盡管表的國際骨架表編制，盡管IFC（國際公式化委（國際公式化委員會）員會）1967和和1997年先后發(fā)表了

14、分段擬合的水和年先后發(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。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、熵零點的規(guī)定：焓、內(nèi)能、熵零點的規(guī)定：0 s0u T16.273水的三相點水的三相點飽和參數(shù)paMP01. 0aMP02. 083.45st1505. 86493. 04 .258484.191676.140010102. 0 s sh hv v09.60st9092. 78321. 06 .260946.2516515. 70010172. 0 s sh hv vtvhsvhs04080600010002. 00.00001. 00010002. 00 .

15、 00001. 05 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 08310. 01 .2510010171. 01752. 83 .261134.1527.163 .26493437. 8119. 88 .26470205. 84 .2724052. 95479. 84 .272512.182261. 8120p-v圖圖（示功圖示功圖）：面積代表功）：面積代表功能否用線段表示熱和功能否用線段表示熱和功T-s圖圖（示熱圖示熱圖）：面積代表熱）：面積代表熱（上界線上界線）、飽和液線（）、飽和液線（下下qTdsdhvdpp0hTsCCp0hTsC點為分界點

16、，不在極值點上點為分界點，不在極值點上氣相區(qū)：離飽和態(tài)越遠，越接近于理想氣體氣相區(qū)：離飽和態(tài)越遠，越接近于理想氣體兩相區(qū)：兩相區(qū)：T、p一一對應(yīng)，一一對應(yīng)，T 線即線即 p 線線在在x=0, x=1之間，從之間，從C點出發(fā)的等分線點出發(fā)的等分線同理想氣體一樣，同理想氣體一樣， v 線比線比 p 線陡線陡4、定溫線定溫線 T5、等容線等容線v6、等干度線等干度線x任務(wù)：任務(wù)： 確定初終態(tài)參數(shù)，確定初終態(tài)參數(shù)， 計算過程中的功和熱計算過程中的功和熱 在在p-v、T-s、h-s圖上表示圖上表示熱力過程：熱力過程： p s T v 第一定律與第二定律表達式均成立第一定律與第二定律表達式均成立理想氣體特

17、有的性質(zhì)和表達式不能用理想氣體特有的性質(zhì)和表達式不能用tqdhwqduwwpdvtwvdp qTdsiso0dspvRT( )uf T( )hf T22p11lnlnTpscRTp pvccRp1kcRkv11cRk可逆可逆q = h wt = 0342pv1qhvdp 例：例：鍋爐中，水從鍋爐中，水從30 ，4MPa, 定壓加熱到定壓加熱到450 q = h2-h1ts(4MPa)=250.33鍋爐、換熱器鍋爐、換熱器例：例：水從水從30 ，4MPa, 定壓加熱到定壓加熱到450 q = h2-h12Tshs2h1 = 129.3 kJ/kg h2 = 3330.7 kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kgp12pvp2不可逆過程：不可逆過程： 汽輪機、水泵汽輪機、水泵12可逆過程：可逆過程： s1 2 1 2q = 0t12whhh 汽輪機、水泵汽輪機、水泵q = 0t12wh