第三章-3-水蒸气

第三节蒸气的热力性质和热力过程基本知识点水蒸气的定压产生过程、五种聚集状态；水蒸气状态参数的确定；水蒸气热力性质图表的应用；水蒸气热力过程中功量和热量的计算。水蒸气是实际气体!水蒸气在空气、燃气中含量极小，可当作理想气体处理；一般情况下距液态较近，为实际气体。18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质；内燃机发明，才有燃气工质；目前水蒸气仍是火力发电、核电、供暖、化工的主要工质。优点:便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好。在热力过程中，经常发生相变，具有五种聚集状态，其状态变化关系比理想气体复杂得多；需要使用专门的水蒸气热力性质图表，确定其状态参数以及进行热力计算。汽相和液相锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器固相不流动，更关心汽液两相基本概念沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化汽化：由液态变成气态的物理过程。(不涉及化学变化)蒸发：汽液表面上的汽化液化：由气态转变为液态的过程，又称凝结。1、汽化和液化液化速度取决于空间蒸气的压力。压力越大，液化越快。汽化速度取决于液体的温度。温度越高，汽化越快。二者同时进行。°°°°°°°°°°°°°°°°2、饱和状态——液体和蒸气处于动态平衡的状态。汽化液化汽化速度=液化速度时，汽化和凝结仍在不断进行，但总效果使状态不再变化。干饱和蒸气（饱和蒸气）饱和液体（1）饱和温度ts和饱和压力ps在饱和状态下，气液温度相同，称为饱和温度；此时蒸气的压力也确定不变，称为饱和压力。psts饱和温度ts饱和压力psps=f(ts)一一对应放掉一些水，ts不变，ps？tsps不变ts不变，ps不变。tspsps=1.01325barts=100℃青藏ps=0.6barts=85.95℃高压锅ps=1.6barts=113.32℃饱和状态psts（2）临界点•当温度超过一定值tC时，无论压力p多高也不能使气体液化，此时液相不可能存在，只可能是气相。•这个温度tC称为临界温度。•与临界温度相对应的饱和压力pC称为临界压力。•(tC，pC)是液相和气相能够平衡共存时的最高值。•永久气体——温度ttC的气体。•临界参数是物质的固有参数，不同物质其值不同。MPa120.22C15.374OH2CCpt的临界参数kJ/kg429.4kJ/kg2100/kgm00326.03CCCshv（3）三相点•当压力低于某一个值pTP时，液相也不可能存在，而只可能是气相或固相。•这个压力pTP称为三相点压力。•与三相点压力相对应的饱和温度tTP称为三相点温度。•(tTP，pTP)是最低的饱和温度和饱和压力。•不同物质的三相点所对应的参数不同。•各种物质在三相点的温度和压力为定值，比体积则随三者的混合比例不同而异。?TPv2HO611.2Pa0.01CTPTPpt水水的饱和线、三相线和临界点pv四条线：三条饱和线、一条三相线饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临界点一个点：临界点气-固气-液固-液思考题没有(ttC)有2.有没有500ºC的液态水？1.北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相？3.有没有-3℃的蒸气？4.有没有500kPa的液态水？没有(ppTP)一、定压下水蒸气的发生过程pttsv0ptsv'ptsvxptsv''pttsv(,,)vhs(,,)vhs未饱和水a饱和水b湿饱和蒸汽c干饱和蒸汽d过热蒸汽e预热阶段汽化阶段过热阶段的五种集态OH2（过冷水）未饱和水）、C01.0MPa1.0(饱和水湿蒸汽饱和蒸汽过热蒸汽各阶段特点：h0h’h”h水蒸气定压发生过程说明(1)()UpdVUpVQUUWpVH(2)fg0SSS加热时只有熵永远增加(3)理想气体()hfT实际气体汽化时，t＝ts不变，但h值增加。(4)未饱和水过冷度sttt过冷过冷水过热蒸汽过热度sttt过热pttsv0ptsv'ptsvxptsv''pttsv(,,)vhs(,,)vhs湿饱和蒸汽的干度xmg、mf分别为湿饱和蒸汽中干饱和蒸汽与饱和水的质量。未饱和水a饱和水b湿饱和蒸汽c干饱和蒸汽d过热蒸汽egfgmmmxx=0x=10x1？mgmfpttsv0ptsv'ptsvxptsv''pttsv未饱和水a饱和水b湿饱和蒸汽c干饱和蒸汽d过热蒸汽ex=0x=10x1vv’v=v’v’vv’’v=v’’vv’’hh’h=h’h’hh’’h=h’’hh’’ss’s=s’s’ss’’s=s’’ss’’ttst=tst=tst=tsttsp=f(ts)=定值H2O的聚集状态及其判别依据水的定压加热过程在p-v图和T-s图上的表示q1rqsucpcTcTABCACBcTTcTTcppcpp3a3b3d3e3c3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e2c2a2b2d2e1c1a1b1d1e1c1a1b1d1eTs水蒸气定压加热过程的p-v图和T-s图pvcp一点，二线，三区，五态一点，二线，三区，五态一点：临界状态点二线：饱和水线（下界线x=0）饱和蒸汽线（上界线x=1）三区：未饱和区（下界线左侧）湿蒸汽区（两相区、饱和区，上下界线之间）过热蒸汽区（上界线右侧）五态：未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽饱和线cpcTcTCCcTTcppTspvcp一点，二线，三区，五态未饱和水区未饱和水区两相区两相区过热蒸汽区x=0x=0过热蒸汽区水蒸气定压加热过程的p-v图和T-s图确定水蒸气状态参数的原则1、未饱和水及过热蒸汽均为单相物质，需任意两个独立参数，如p、T等2、饱和水和干饱和蒸汽饱和压力和饱和温度是一一对应的，为1个独立变量，一般可取p或T。3、湿饱和蒸汽处于两相区，独立变量为2，一般取（p，x）或(T，x），其它参数与干度x有关。湿饱和蒸汽状态参数的确定如果有1kg湿蒸汽，干度为x,则有xkg干饱和蒸汽与(1-x)kg饱和水。')1(yxxyy''')1()1()1(sxxssvxxvvhxxhh''yyxyy已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)和干度xh,v,s当已知p（或T）和某一参数y时，应先求出干度x，再求其他参数。二、蒸气热力性质图表热力工程计算的重要依据。在国际上是统一的、通用的。表（附录A-6~附录A-7）和图（附录B-5）表的出处：以三相点的液相水作为基准点：规定三相点饱和水的热力学能和熵的值为零。但原则上不为0，对水：pvuh0kJ/k0006.0J/k6.0ggpvuh依据1985年国际水蒸气骨架表编制。尽管有分段拟合的水和水蒸气热力性质公式，但工程上主要依靠图表。基准点的规定：00K16.273suT水的三相点1、水和水蒸气热力性质表两类：2）未饱和水和过热蒸汽表附录A-71）饱和水和干饱和蒸汽表按饱和温度t排列的表(附录A-6a)按饱和压力p排列的表(附录A-6b)饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）o/CtK,TaMP,p/kgm,'3v/kgm,3vkJ/kg,'hkJ/kg,hK)kJ/(kg,'sK)kJ/(kg,s01.010020030016.273000611.000100022.0175.2060.2501000614.00000.01562.915.373101325.00010437.06738.13.267606.4193069.13564.715.4735551.10011565.04.82512714.04.27913307.24289.615.5735917.80014041.002162.04.13454.27482559.37038.5/kgm,'3v/kgm,3vkJ/kg,'hkJ/kg,hK)kJ/(kg,'so/Ct982.663.9988.17996.3105.24840010001.0208.1298.251333.291060.02.22580010434.06946.17.267551.4173027.14.20140011274.06.76219430.00.27778.1315aMP,p001.01.00.1100014526.001800.06.14084.27249756.83608.71382.25847.63616.36143.5kJ/kgr,K)kJ/(kg,s饱和参数paMP01.0aMP02.083.45st1505.86493.04.258484.191676.140010102.0'''sshhvv09.60st9092.78321.06.260946.2516515.70010172.0'''sshhvvtvhsvhs未饱和水和过热蒸汽表（节录）04080600010002.00.00001.00010002.00.00001.05.1670010078.04.1675729.00010078.05721.08310.01.2510010171.01752.83.261134.1527.163.26493437.8119.88.26470205.84.2724052.95479.84.272512.182261.8120使用水和水蒸气热力性质表时注意：•先根据已知参数确定状态，以决定要使用的表。•查表时仍要用到线性插值法。“查表”时工质状态的判断方法1．若已知（p，t）查饱和表得已知压力的饱和温度ts(p)，比较t与ts(p)的大小：tts(p)未饱和水状态，查“未饱和水和过热蒸汽表”；t＝ts(p)饱和状态，查“饱和水和干饱和蒸汽表”；tts(p)过热蒸汽状态，查“未饱和水和过热蒸汽表”。查饱和表得已知温度的饱和压力ps(t)，比较p与ps(t)的大小：pps(t)未饱和水状态，查“未饱和水和过热蒸汽表”；p＝ps(t)饱和状态，查“饱和水和干饱和蒸汽表”；pps(t)过热蒸气状态，查“未饱和水和过热蒸汽表”。2．若已知p（或t）和某一个参数y查饱和蒸气表得y、y，比较y的大小，则yy处于未饱和水状态；yyy处于湿饱和蒸气状态；yy处于过热蒸气状态。3．若已知p（或t）及干度x，湿饱和蒸气状态。2、水和水蒸气热力性质图压容图p-v图（定性分析）温熵图T-s图（定性分析）焓熵图h-s图（定量分析）cpcTcTCCcTTcppTsp-v图和T-s图pvcp一点，二线，三区，五态未饱和水区未饱和水区两相区两相区过热蒸汽区x=0x=0过热蒸汽区如何在图上表示功和热?p-v图（示功图）：面积代表功能否用线段表示热和功？T-s图（示热图）：面积代表热p-v图和T-s图便于定性分析过程和循环，不便于计算：p-v图示功和T-s图示热都用面积，图上求面积不方便。对于H2O来讲，在锅炉、冷凝器、回热器等设备中的热交换量：q=h出口-h进口在汽轮机中的绝热膨胀作功：wsh=h进口-h出口有了h-s图便可用直线段表示功量和热量。在h-s图中还可获得所需的所有数据。采用h-s图的原因h-s图的构成一条界限曲线：x=0和x=1；h-s图的画法-11、零点：h=0，s=0；2、饱和汽线（上界线）、饱和液线（下界线）qTdsdhvdpp0hTsCCp0hTs3、等压线群：p两相区pT=Const斜直线单相区sT向上翘的发散的形线C点为分界点，不在极值点上h-s图hsCpCh-s图的画法-2气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体两相区：T、p一一对应，T线即p线在x=0,x=1之间，从C点出发的等分线同理想气体一样，v线比p线陡4、定温线T5、等容线v6、等干度线xh-s图(定量分析)hsx=1tpxx=0vh-s图hsCTx三、水蒸气的热力过程任务：确定初终态参数，计算过程中的功量和热量，在p-v、T-s、h-s图上表示。热力过程：psTv依据：(1)热力学第一定律的基本