工程熱力學第七章lm

工程熱力學第七章lm第一頁，共三十三頁，2022年，8月28日第七章水蒸氣水的相變及相圖水蒸氣的定壓發(fā)生過程水蒸氣表和焓熵圖水蒸氣的基本熱力過程第二頁，共三十三頁，2022年，8月28日為什么研究水蒸氣？水蒸氣是各種熱力過程中廣泛應用的重要工質(zhì)。1.水蒸氣容易獲得2.熱力參數(shù)適宜（膨脹性、傳熱性好）3.不污染環(huán)境應用廣泛1.18世紀，蒸氣機的發(fā)明，是唯一工質(zhì)。2.直到內(nèi)燃機發(fā)明，才有燃氣工質(zhì)3.目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)水蒸氣在空氣中含量極少時，當作理想氣體，一般情況下，為實際氣體，是實際氣體的典型代表。第三頁，共三十三頁，2022年，8月28日研究內(nèi)容工程熱力學研究的主要內(nèi)容：1.能量轉(zhuǎn)換的基本定律2.工質(zhì)的基本性質(zhì)與熱力過程3.熱功轉(zhuǎn)換設備、工作原理基本性質(zhì)熱力過程水蒸氣的基本熱力過程水蒸氣的產(chǎn)生與變化規(guī)律定壓、定容定溫、定熵水蒸氣熱力狀態(tài)計算相變及相圖定壓發(fā)生過程水蒸氣表焓熵圖第四頁，共三十三頁，2022年，8月28日水的相變沸騰：表面和液體內(nèi)部同時發(fā)生的汽化汽化：由液相轉(zhuǎn)變成氣相的物理過程凝結(jié)：與汽化相反的過程。蒸發(fā)：汽液表面上的汽化汽化升華：由固態(tài)直接轉(zhuǎn)變成氣態(tài)的物理過程凝華：與升華相反的過程。物質(zhì)有三種聚集狀態(tài)：固相、液相、氣相水的三態(tài)：冰、水、蒸汽第五頁，共三十三頁，2022年，8月28日飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡飽和溫度Ts飽和壓力ps一一對應放掉一些水，Ts不變，ps？Tspsps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高壓鍋ps=1.6barTs=113.32℃第六頁，共三十三頁，2022年，8月28日水的相圖第七頁，共三十三頁，2022年，8月28日三相點與臨界點水的臨界點水的三相點三相態(tài)：固、液、汽三相共存的狀態(tài)。三相態(tài)是汽液共存的曲線的最低點，也稱三相點。臨界點：汽化曲線的上方端點，此時飽和汽和飽和液具有完全相同的性質(zhì)，呈現(xiàn)為均勻的單相。臨界點：氣液兩相共存的最大壓力和最大溫度。高于臨界壓力時，液汽兩相的轉(zhuǎn)變不經(jīng)歷兩相平衡共存的飽和狀態(tài)，變化中物質(zhì)總是呈現(xiàn)出均勻的單相。第八頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣的定壓發(fā)生過程t<tst=tst=tst=tst>tsv<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’’預熱汽化過熱第九頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣的pv圖和Ts圖s一點，二線，三區(qū)，五態(tài)第十頁，共三十三頁，2022年，8月28日飽和液相線與飽和氣相線相交的說明ptsv’(bar)v’’s’s’’kJ/(kg.K)0.0061121.05.050.0221.290.0199.63151.85263.92374.150.001000220.00104340.00109280.00128580.00326206.1751.69460.374810.039410.003260.01.30271.86042.92094.4299.15627.36086.82155.97124.429(bar)(℃)bdbd壓力增大，飽和溫度升高，水體積增加（液態(tài)水不可壓）壓力增大，飽和溫度升高，蒸汽比容減小（p比T影響大）第十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日定壓加熱線與飽和液相線接近的說明當忽略液體cp變化，不同的p，液體近似不可壓，v不變對每個不變的T第十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日濕蒸汽的描述——干度濕蒸汽：飽和溫度下形成的飽和液體與飽和蒸汽的混合物干度

x＝濕蒸汽中含干蒸汽的質(zhì)量濕蒸汽的總質(zhì)量（1-x）稱為濕度，表示濕蒸汽中飽和水的含量。特殊情況x＝0：干蒸汽含量為0，飽和液體（飽和液體線）x＝1：飽和水含量為0，干飽和蒸汽（飽和蒸汽線）在過冷水和過熱蒸汽區(qū)域，x無意義第十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸汽參數(shù)計算——獨立參數(shù)狀態(tài)公理：簡單可壓縮系統(tǒng)，兩個獨立參數(shù)未飽和水及過熱蒸汽：2個獨立參數(shù)，p，T飽和水及飽和蒸汽：p＝f（T），1個獨立參數(shù)，p或T濕飽和蒸汽：p，T不獨立，參數(shù)與兩相比例有關(guān)，p或T，干度x需要幾個已知條件才能確定水和水蒸氣的狀態(tài)？克拉貝龍方程：第十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣參數(shù)計算——零點的規(guī)定計算變化量，原則上可任取零點，國際上統(tǒng)一規(guī)定。1963，國際水蒸氣會議規(guī)定：以水物質(zhì)在三相（純水的冰、水和汽）平衡共存狀態(tài)下的飽和水作為基準點，基準點的熱力學能和熵為0。但原則上不為0，對水：

水的三相點第十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣參數(shù)計算1.溫度為0.01℃，壓力為p的未飽和水水的壓縮性小，變化時，，，，2.溫度為ts℃，壓力為p的飽和水0.01℃ts℃定pql液體熱第十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣參數(shù)計算3.壓力為p的干飽和蒸汽4.壓力為p的濕飽和蒸汽第十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣表兩類，三種1.飽和水與飽和蒸汽表2.未飽和水和過熱蒸汽表——按壓力和溫度排列按溫度排列按壓力排列第十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日飽和水和飽和水蒸氣表按溫度排列按壓力排列第十九頁，共三十三頁，2022年，8月28日未飽和水與過熱蒸汽表第二十頁，共三十三頁，2022年，8月28日焓熵圖1、零點：h=0，s=0；2、飽和汽線（上界線）、飽和液線（下界線）3、等壓線群：兩相區(qū)pT=Const斜直線單相區(qū)sT向上翹的發(fā)散的形線C點為分界點，不在極值點上第二十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日焓熵圖hsCpx=1x=0pC第二十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日焓熵圖氣相區(qū)：離飽和態(tài)越遠，越接近于理想氣體兩相區(qū)：T、p一一對應，T

線即p線在x=0,x=1之間，從C點出發(fā)的等分線同理想氣體一樣，v線比p線陡4、定溫線T5、等容線v6、等干度線x大于0熱蒸汽區(qū)小于0第二十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日焓熵圖hsCx=1x=0pvTx第二十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣的基本熱力過程分析熱力過程的任務：揭示狀態(tài)變化規(guī)律與能量傳遞之間的關(guān)系，從而計算熱力過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化以及與外界交換的熱量與功量。分析蒸汽熱力過程的一般步驟：1.根據(jù)已知的初態(tài)參數(shù)求得其它狀態(tài)參數(shù)——蒸汽圖表2.根據(jù)過程特點和終態(tài)部分參數(shù)確定終態(tài)參數(shù)3.在熱力狀態(tài)圖中表示初終態(tài)和過程線——hs，Ts，pv4.計算熱量、功和熱力學能變化量。第二十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日計算方法水蒸氣與理想氣體的不同之處理想氣體狀態(tài)方程不能應用于水蒸氣的計算，水蒸氣是實際氣體，沒有適當且簡單的狀態(tài)方程式。水蒸氣的Cp，Cv，h，u都不是溫度的單值函數(shù)，而是p或v和T的復雜函數(shù)。不能采用分析方法計算求解狀態(tài)參數(shù)應用蒸汽性質(zhì)圖表，結(jié)合熱力學基本關(guān)系式、熱力學第一定律第二十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣與理想氣體的不同第一定律與第二定律表達式均成立理想氣體特有的性質(zhì)和表達式不能用可逆過程功及熱的表達式成立第二十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日定壓過程12鍋爐中水的加熱過程，水蒸氣冷凝過程均可視為定壓過程第二十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日定容過程12第二十九頁，共三十三頁，2022年，8月28日定溫過