工程熱力學與傳熱學9第十一章

第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)水和水蒸氣是實際氣體的代表水蒸氣在空氣中含量極小，當作理想氣體一般情況下，為實際氣體，使用圖表18世紀，蒸氣機的發(fā)明，是唯一工質直到內燃機發(fā)明，才有燃氣工質目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質優(yōu)點:便宜，易得，無毒，膨脹性能好，傳熱性能好是其它實際氣體的代表11-1

水蒸氣的發(fā)生過程

工業(yè)上所用的水蒸氣都是由各種鍋爐生產的。而鍋爐中水蒸氣的發(fā)生過程可看作是定壓加熱過程，可分為三個階段：水的預熱、水的汽化和水蒸氣的過熱。下面取1kg水定壓受熱而生成水蒸氣的過程按上述三個階段進行討論。第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)

一、定壓下水蒸氣的發(fā)生過程（壓力為0.1MPa，溫度為0.01℃）1、過程描述加熱未飽和水（1）液體加熱階段（預熱階段）飽和溫度ts（99.634℃）t<tst=ts加熱飽和水飽和水的狀態(tài)參數(shù)（溫度、壓力外）加上’，如H’、S’、v’

在此過程中水所吸收的熱量叫水的液體熱，用q’表示。第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)（2）汽化階段t=ts保持不變t=tst=ts濕飽和蒸汽加熱加熱干飽和蒸汽飽和溫度ts（干）飽和蒸汽：t=ts的蒸汽濕飽和蒸汽：飽和蒸汽與飽和水兩相共存的狀態(tài)。飽和蒸汽的狀態(tài)參數(shù)（溫度、壓力外）加上’’，如H’’

、S’’

、v’’

在此過程中水所吸收的熱量叫水的汽化潛熱，用L表示。第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)（3）過熱階段t↑t>ts加熱過熱蒸汽過熱蒸汽：t>ts的蒸汽過熱度：D=t-ts的蒸汽

在此過程中水所吸收的熱量叫水的過熱，用q表示。第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)2、能量關系（1）液體加熱階段（預熱階段）

當定壓預熱過程的壓力不高，而相應地飽和溫度不高時，v′≈v0.01，于是上式可近似地表示為

國際水蒸氣性質會議規(guī)定取水的三相點狀態(tài)下內能的數(shù)值為零。而在一般情況下，溫度為0.01℃時水的內能均可近似地取為零。在壓力不高時，還可把0.01℃時水的焓也近似地取為零。第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)（2）汽化階段或：內汽化潛熱：外汽化潛熱（3）過熱階段第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)

二、改變壓力后的過程（壓力為1.0MPa，溫度為0.01℃）相同點：依然經(jīng)歷三個階段不相同點：1、ts與壓力一一對應：2、汽化階段縮短

當壓力繼續(xù)升高，必有當p=pc時，水的定壓加熱過程將不再經(jīng)歷汽化過程，即水直接從液態(tài)轉化為氣態(tài)。pc為臨界壓力，所對應的溫度為臨界溫度tc。

當稱為永久氣體。第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)

三、水蒸氣的p-v圖和T-s圖（一點二線三區(qū)五態(tài)）一點：臨界點;兩線：上界線（飽和蒸汽線）、下界線（飽和水線）;三區(qū)：液態(tài)區(qū)、濕蒸汽區(qū)、汽態(tài)區(qū);五態(tài)：未飽和水、飽和水、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽s第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)五種狀態(tài)的計算特點：1、未飽和水（過冷水）：p、t獨立2、飽和水：p、t不獨立3、濕（飽和）蒸汽：p、t不獨立干度：濕飽和蒸汽中干飽和蒸汽的質量分數(shù)稱為干度用x表示。4、飽和蒸汽：同飽和水5、過熱蒸汽：p、t獨立第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)11-2

水蒸氣熱力性質表和圖變量設置：p，t，v，h，s基準點：水和水蒸氣水的三相點（ptp=611.659Pa，ttp=0.01℃）

水蒸汽的熱力性質比較復雜，根據(jù)理論分析及實驗結果所建立的水蒸氣的狀態(tài)方程式往往包含有很多函數(shù)項及很多系數(shù)因此很難直接利用這種方程式通過簡單的數(shù)學運算來求取水蒸氣的狀態(tài)變化關系。第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)常用的水蒸氣熱力性質表有飽和水及干飽和蒸汽表、未飽和水及過熱蒸汽表。飽和水及干飽和蒸汽表通常分為兩種，一種按溫度排列；一種按壓力排列。利用這兩個表還可以根據(jù)給定的濕蒸汽的某個參數(shù)或干度x，確定濕飽和蒸汽的各參數(shù)。第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)一、蒸汽熱力性質表1、飽和水和飽和蒸汽表2、未飽和水和過熱蒸汽表（根據(jù)壓力和溫度查?。┑谑徽滤魵饧罢羝麆恿ρh(huán)飽和水與干飽和蒸汽表第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)第十章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)練習：1、查取5℃和200℃的和，并計算和2、查取0.001MPa和3.0MPa的和，并計算和解：1、查取按溫度排列的飽和水和飽和蒸汽表得：第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)解：2、查取按壓強排列的飽和水和飽和蒸汽表得：第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)s第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)3、當t=70℃,x=0.88,求s=?

解：查取按溫度排列的飽和水和飽和蒸汽表得：當t=70℃時4、當p=0.0057MPa時，求h’=?當p=0.005MPa時，h1’=137.72kJ/kg用內插法求h’（線性插值）：當p=0.01MPa時，h2’=191.76kJ/kg第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)5、當p=0.1MPa時，h=2200kJ/kg,求s=?解：當p=0.1MPa時過冷水過熱蒸汽濕蒸汽故蒸汽為濕蒸汽狀態(tài)，則：第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)水蒸氣的h-s圖c:臨界點x=0:飽和水線x=1:干飽和蒸汽線定壓線定溫線定容線定干度線

第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)焓熵圖的畫法(1)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：p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，不在極值點上第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)焓熵圖Enthalpy-entropydiagramhsCpx=1x=0pCMollierdiagram第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)焓熵圖的畫法(2)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vx6、等干度線第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)焓熵圖Enthalpy-entropydiagramhsCx=1x=0pvTx第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)11-3

水蒸氣的熱力過程

分析水蒸氣熱力過程的目的主要是確定該過程中的能量轉換關系，包括過程中工質所作的功、工質接受的熱量以及工質的內能和焓的變化等數(shù)值的分析及計算。為此還必須確定過程中工質狀態(tài)參數(shù)的變化。而求解水蒸氣的狀態(tài)變化關系，則只能借助水蒸氣表及圖，根據(jù)給定的過程特點來確定各狀態(tài)的參數(shù)。第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)(一)定容過程定容過程中工質的比容不變第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)(二)定壓過程定壓過程中工質的壓力不變第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)（三）定溫過程定溫過程中工質的溫度不變第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)(四)定熵過程絕熱過程中工質的熵不變第十一章水蒸氣及蒸汽動力循環(huán)例11-1設水蒸氣在過熱器中定壓吸熱，由初始狀態(tài)1的p1＝6MPa，x1＝0.98升