工程熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章

工程熱力學(xué)基礎(chǔ)第六章第一頁，共三十二頁，2022年，8月28日第六章

水蒸氣WaterVapor第二頁，共三十二頁，2022年，8月28日水蒸氣是實(shí)際氣體的代表水蒸氣在空氣中含量極小，當(dāng)作理想氣體一般情況下，為實(shí)際氣體18世紀(jì)，蒸氣機(jī)的發(fā)明，是唯一工質(zhì)直到內(nèi)燃機(jī)發(fā)明，才有燃?xì)夤べ|(zhì)目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)優(yōu)點(diǎn):便宜，易得，無毒，膨脹性能好，傳熱性能好是其它實(shí)際氣體的代表第三頁，共三十二頁，2022年，8月28日本章主要內(nèi)容1.

實(shí)際工質(zhì)的物性3.

水蒸氣的圖表及性質(zhì)計(jì)算4.

水蒸氣熱力過程2.

水蒸氣的產(chǎn)生過程水蒸氣蒸氣蒸汽SteamVaporWaterVapor第四頁，共三十二頁，2022年，8月28日§6-1純物質(zhì)的熱力學(xué)面物質(zhì)三種聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)熱力學(xué)面：以p,v,T表示的物質(zhì)各種狀態(tài)的曲面水的三態(tài)：冰、水、蒸汽Puresubstance

Solid

Liquid

Gas

Ice

Water

Steam

第五頁，共三十二頁，2022年，8月28日水的熱力學(xué)面兩相區(qū)單相區(qū)氣液固pvT六個(gè)區(qū)：三個(gè)單相區(qū)、三個(gè)兩相區(qū)液--氣固--氣固--液pvT第六頁，共三十二頁，2022年，8月28日飽和線、三相線和臨界點(diǎn)pv四個(gè)線：三個(gè)飽和線、一個(gè)三相線飽和氣線三相線飽和液線飽和固線T臨界點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)：臨界點(diǎn)SaturationlineTripleline第七頁，共三十二頁，2022年，8月28日臨界點(diǎn)Criticalpoint水的臨界點(diǎn)狀態(tài)飽和液線與飽和氣線的交點(diǎn)氣液兩相共存的pmax,Tmax等溫線是鞍點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界乳光教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置第八頁，共三十二頁，2022年，8月28日熱力學(xué)方面獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家（6）K.G.威爾遜

KennethG.Wilson(1936-)

美國臨界重整化群理論

1982年諾貝爾物理獎(jiǎng)第九頁，共三十二頁，2022年，8月28日汽相和液相鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器過熱器因固相不流動(dòng)，更關(guān)心汽液兩相冰蓄冷第十頁，共三十二頁，2022年，8月28日§6-2汽化與飽和沸騰：表面和液體內(nèi)部同時(shí)發(fā)生的汽化(氣體和液體均處在飽和狀態(tài)下)汽化:

由液態(tài)變成氣態(tài)的物理過程

(不涉及化學(xué)變化)蒸發(fā)：汽液表面上的汽化BoilVaporization第十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日飽和狀態(tài)Saturationstate飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動(dòng)態(tài)平衡飽和溫度Ts飽和壓力ps一一對(duì)應(yīng)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℃SaturationtemperatureSaturationpressure第十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日純物質(zhì)的p-T相圖ppTT液液氣氣固固水一般物質(zhì)三相點(diǎn)三相點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)流體流體汽化線汽化線第十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日§6-3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’’水預(yù)熱汽化過熱第十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日水蒸氣定壓發(fā)生過程說明(1)(2)(3)理想氣體實(shí)際氣體汽化時(shí)，T＝Ts不變，但h增加汽化潛熱(4)未飽和水過冷度過冷水過熱蒸汽過熱度只有熵加熱時(shí)永遠(yuǎn)增加第十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日sp-v圖，T-s圖上的水蒸氣定壓加熱過程一點(diǎn)，二線，三區(qū)，五態(tài)臨界點(diǎn)，飽和水線和飽和汽線，過冷水、濕蒸汽、過熱蒸汽三區(qū)，過冷水、飽和水、濕蒸汽、飽和蒸汽、過熱蒸汽第十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日等壓線上飽和態(tài)參數(shù)ptsv’(m3/kg)v’’s’s’’kJ/(kg.K)0.0061120.010.00100022206.1750.09.15621.099.630.00104341.69461.30277.36085.0151.850.00109280.374811.86046.821550.0263.920.00128580.039412.92095.9712221.29374.150.003260.003264.4294.429(bar)(℃)bdbd第十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日§6-4水蒸氣狀態(tài)參數(shù)及其圖表1、未飽和水及過熱蒸汽確定任意兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，如：p、T2、飽和水和干飽和蒸汽確定p或T3、濕飽和蒸汽除p或T外，其它參數(shù)與兩相比例有關(guān)第十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日兩相比例由干度x確定定義干飽和蒸汽飽和水對(duì)干度x的說明：x=0飽和水x=1干飽和蒸汽0

≤x

≤1在過冷水和過熱蒸汽區(qū)域，x無意義Quality第十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日濕飽和蒸汽區(qū)狀態(tài)參數(shù)的確定

如果有1kg濕蒸氣，干度為x,即有xkg飽和蒸汽，(1-x)kg飽和水。已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度xh,v,s第二十頁，共三十二頁，2022年，8月28日水和水蒸氣表兩類2、未飽和水和過熱蒸汽表1、飽和水和干飽和蒸汽表第二十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日飽和水和飽和水蒸氣表（按溫度排列）飽和水和飽和水蒸氣表（按壓力排列）第二十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日飽和參數(shù)未飽和水和過熱蒸汽表（節(jié)錄）第二十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日表的出處和零點(diǎn)的規(guī)定原則上可任取零點(diǎn)，國際上統(tǒng)一規(guī)定。但原則上不為0，對(duì)水：

表依據(jù)1963年第六屆國際水和水蒸氣會(huì)議發(fā)表的國際骨架表編制，盡管IFC（國際公式化委員會(huì)）1967、1997和2005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。焓、內(nèi)能、熵零點(diǎn)的規(guī)定：水的三相點(diǎn)第二十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日查參數(shù)舉例（1）例.1

已知：p=1MPa,試確定t=100℃,200℃,各處于哪個(gè)狀態(tài),各自h是多少？ts(p)=179.88℃t=100℃<

ts,

未飽和水h=419.84kJ/kgt=200℃>

ts,

過熱蒸汽h=2828.3kJ/kg第二十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日查參數(shù)舉例（2）已知t=250℃,5kg

蒸汽占有0.2m3容積,試問蒸汽所處狀態(tài)?h=?t=250℃,

濕蒸汽狀態(tài)第二十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日查參數(shù)舉例（2）已知t=250℃,5kg

蒸氣占有0.2m3容積,試問蒸氣所處狀態(tài)?h=?t=250℃,

濕蒸汽狀態(tài)第二十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日查參數(shù)舉例（3）

在一剛性容器內(nèi)充滿p=0.1MPa，t=20℃的水。由于太陽照射，使其溫度升為40℃,求容器承受的壓力。p=0.1MPat=20℃t=40℃等容過程儲(chǔ)液罐很危險(xiǎn)，不能裝滿。

第二十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日§6-5水蒸氣的熱力過程任務(wù)：確定初終態(tài)參數(shù)，計(jì)算過程中的功和熱在T-s圖上表示熱力過程：

ps

ThermalProcessofSteam第二十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器過熱器§6-5水蒸氣的熱力過程ThermalProcessofSteam主要過程：

ps

確定參數(shù)計(jì)算功和熱在T-s圖上表示第三十頁，共三十二頁，2022年，8月28日注意理想氣體過程的區(qū)別第一定律與第二定律表達(dá)式均成立理想氣體特有的性質(zhì)和表達(dá)式不能用準(zhǔn)靜態(tài)可逆第三