南昌大学工程热力学第四版第七章

1第七章水蒸气--steam§7–1饱和温度和饱和压力SaturatedtemperatureandSaturatedpressure一.汽化和液化(vaporizationandliquefaction)汽化：由液态到气态的过程蒸发：在液体表面进行的汽化过程液化：由气相到液相的过程沸腾：在液体表面及内部进行的强烈汽化过程。2二.饱和状态(Saturatedstate)当汽化速度=液化速度时，系统处于动态平衡，宏观上气、液两相保持一定的相对数量—饱和状态。饱和状态的温度—饱和温度，ts(Ts)饱和状态的压力—饱和压力，ps加热，使温度升高如t'，并保持定值，系统建立新的动态平衡。与之对应，p变成ps'。所以sspT一一对应，只有一个独立变量，即sspft4C100sssstppatmt如其中34几个名词：饱和液—处于饱和状态的液体：t=ts干饱和蒸汽—处于饱和状态的蒸汽：t=ts过冷液（未饱和液）—温度低于饱和温度的液体：tts，ts–t称“过冷度”。过热蒸汽—温度高于饱和温度的蒸汽：tts,t–ts=d称“过热度”湿饱和蒸汽—饱和液和干饱和蒸汽的混合物：t=ts使未饱和液达饱和状态的途径：pt,tpptts不变，保持pttpps不变，保持5三.干度--dryness液汽汽mmmx（湿度y=1–x）x01饱和液湿饱和蒸汽干饱和蒸汽定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用w或x表示。63611.659273.16(0.01)'0.00010021/tptptptppPaTKtCmkg四.吉布斯相律与水的三相点1.吉布斯相律对于多元（如C个组元）多相（如p个相）的热力系，其独立参数，即自由度F=C–p+2例：水在液相（或固相、气相）时C=1，p=1，故F=2，此时压力，温度均可独立变化。水在汽液共存时C=1，p=2，故F=1，此时压力和温度中仅有一个可自由变化。三相点：C=1，p=3故F=0。2.水的三相点(triplepint)：?注意：水的三相点的成份可以变化，故比体积不是定值，但三相点各相的比体积是定值。分别加’和’’表示饱和液相和饱和气相。7§7–2水定压加热汽化过程一.水定压加热汽化过程预热汽化过热ttst=tst=tst=tstts8vtp322.064MPa373.99C0.003106m/kgcrcrcro二.水定压加热汽化过程的p-v图及T-s图一点：临界点两线饱和水线饱和蒸汽线三区过冷水区湿蒸汽区过热蒸汽区五态过冷水饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽与三相点的区别？91、请注意液体热（）、气化潜热（）和过热热（）的含义及其在T-S图上的表示。很显然：当PS和TS增大时，减小，到临界点时为零。2、P-V图上的等温线：在过冷区，几乎为一条垂线（为什么？）；在两相区，为水平线；在过热区，是向下倾斜的曲线（与理想气体类似）。3、T-S图上的等压线：在过冷区，几乎与下界限线重合（为什么？）；在两相区，为水平线；在过热区，是向上倾斜的曲线（与理想气体类似）。4、关于饱和水线和饱和蒸汽线的走向：当PS和TS增大，水受热膨胀的影响大于压缩的影响，v’和s’都增大，故饱和水线向右上方倾斜。而对于水蒸气，受热膨胀的影响小于压缩的影响，v’和s’都减小，故饱和蒸气线向左上方倾斜。5、关于临界点：在临界点，饱和水和饱和蒸汽已无区别。当ttcr时，不管压力多大，都不能使蒸汽液化。也即液态水所能达到的最高温度为tcr=373.99℃。同时，临界温度和临界压力为最高饱和温度和饱和压力。lqsupq对p-v图及T-s图的几点说明：10§7–3水和水蒸气状态参数水和水蒸气的状态参数可按不同区域，由给出的独立状态参数通过实际气体状态方程及其他一般关系式计算（通常由计算机计算）或查图表确定。一.零点规定规定：三相点液态水热力学能及熵为零'''0611.60.001000210.612Jhupv可近似为零在动力工程中水蒸气不宜利用理想气体性质计算。273.16273.163273.16'0'0'0.00100021m/kgusvKKK11查图表或由专用程序计算。下面介绍p不高时的近似计算方法：1、特例：温度0.01℃，压力p的过冷水。与基准点（三相点的液相水）比较，忽略水的压缩性，体积不变。所以w≈0。温度不变，体积不变，u=0，q=0,s=0,h=u+pv≈0（p不高时）。二.过冷水（未饱和水）（t，p）2、温度为t，压力为p的过冷水。假定0.01℃的水在压力p下加热至t，所加入的热量为：0.01(0.01)4.1868(/)tlpppqcdtctcttkJkg℃T≤100℃04.1868(/)tlphqcttkJkg0.01℃，p的过冷水的焓则：12同理：273.160ln4.1868ln/()273.16273.16TTppKdTTTscckJkgKT273.16K，p的过冷水的熵三.饱和水(ps或ts)查图表或由专用程序计算。在压力不高时，同样可用上面公式近似计算焓和熵。四.干饱和蒸气(ps或ts)查图表或由专用程序计算。hhssTs)(hhsTss13五.湿饱和蒸汽（ts或ps、x）由ts（或ps）与x共同确定：较大时xxvvvxvvxxvvx'''''''1''10x未饱和水'vv'1''hxxhhxxsxxvphu湿蒸汽'''vvv过热蒸汽''vvxh''1''sxxssx''''ssxssTxs'14六.过热蒸汽（p，t）注意：1、过热蒸汽不可用类似未饱和水的近似式，因cp变化复杂。2、一定压力下的过热蒸汽，其t、v、h、s、u均大于同压力下饱和蒸汽的相应参数，据此可判断是否为过热蒸汽。查图表或由专用程序计算。其理论计算式为：sup273.16''''SSSTpTTTPKTshhqhcdTdTdTsccTTT15§7–4水蒸气表和图一.水蒸气表1.饱和水和干饱和蒸汽表162.未饱和水和过热蒸汽表17请同学们思考几个问题：1、为什么表中没有u？2、湿蒸汽参数怎么查？3、表7-1第二行的温度为0.01℃，压力为0.0006117MPa，该点是什么点？它的特点是什么？4、表7-1最后一行温度为373.99℃，压力为22.064MPa，该点又是什么点，它的特点是什么？5、表7-2中数据区中的黑线表示什么意思？18二.水蒸气的温—熵（T-s）图一般来说，T-s图上有等p线，等v线，等x线，等u线等。在进行循环分析时，常使用T-s图。19三.水蒸气的焓—熵（h-s）图1）定压线群Tshp湿蒸汽区，T=Ts不变，直线。过热蒸汽区，斜率随T增大而增大。vdpdhTdstwdhq0Tshp两者交界处平滑过渡。202）定温线群湿蒸汽区：直线，与等压线重合过热蒸汽区：等温线较等压线平坦，低压时趋于水平。213）等容线群4）等干度线等容线比等压线陡22150°c的液态水放在一密封容器内，试问水可能处于什么压力？解：查饱和水和干饱和蒸汽表，t1=150ºc时ps=0.47571MPa，因此水可能处于p0.47571MPa，若p0.47511MPa则容器内150ºc的水必定要变成过热蒸汽。23已知水蒸气的压力为p=0.5MPa，比体积v=0.35m3/kg问这是不是过热蒸汽？如果不是，那么是饱和蒸汽还是湿蒸汽？用水蒸气表求出其他参数。解：利用水蒸气表，p=0.5MPa时kgmvkgmv3337486.0''0010925.0''''vvv所以该水蒸气不是过热蒸汽而是湿蒸汽ctKkgkJsKkgkJskgkJhkgkJhso867.1518214.6''8610.1'59.2748''35.640'24kgkJpvhuKkgkJssxsskgkJhhxhhvvvvx4.24331035.0105.04.26084915.68610.18214.69335.08610.1''''4.260835.64059.27489335.035.640''''9335.00010925.037486.00010925.035.0''''3625冷凝器中，蒸汽压力为4kPa，x=0.95，试求vx，hx，sx的值；若此蒸汽凝结为水，试求其容积变化。解：查饱和水和干饱和蒸汽表p=0.004MPakgkJxhhxhKkgkJxssxskgmxvvxvKkgkJsKkgkJskgkJhkgkJhkgmvkgmvxxx5.2432'''10721.8'''1063.33'''14725.8''4221.0'45.2553''30.121'796.34''0010041.0'333相对容积变化率32931001004.0063.33'vvx26§7–5水蒸气的基本过程一.基本公式过程中状态参数确定—图表或专用程序计算。功、热量的计算式：2121222111dddtvptquwqhwquuqhhwpvwvpqTs问题：以上各式的适用范围？27二.定压过程初末hhqp01hhql03hhqp12hh23suphhq28三.定熵过程（可逆绝热）2221112121vphvphuuwhhwt注意：水蒸气的绝热过程有时表示为：常数pv其中vpcc为经验数字过热蒸汽κ=1.3饱和蒸汽κ=1.135湿蒸汽κ=1.035+0.1x或1221lnlnvvpp水蒸气122111vTvT?但此法计算误差大，不宜用它计算状态参数，仅作估算。29四.定体积过程pvhuqVvvc时，定容加热x下降vvc时，定容加热x上升定容加热时x如何变化？思考：30五.定温过程2121()0qTdsTssuuuwqu?31汽缸--活塞系统内有0.5kg，0.5MPa，260°c的水蒸气试确定缸内蒸汽经可逆等温膨胀到0.20MPa作的功与热量。解：查过热蒸汽表p1=0.5MPa，t1=260°c时KkgkJskgkJhkgmv3091.78.298048404.01131p2=0.20MPa，t2=260°c时KkJkgskgkJhkgmv7457.75.299022233.1223232QWkJpvhqmuqmUQWkJsmTQmmvVmmvV73.11235.1163091.77457.72732605.061116.022233.15.024202.048404.05.0322311?33用温度为500K的恒温热源加热1atm的饱和水，使之定压汽化为100ºc的饱和干蒸汽，求：1）该过程中工质的熵变如何计算？2）过程中熵流和熵产。解：0.199.6342257.6'1.3028''7.3589'417.52''2675.14'''2257.62skJMPatCrkgkJkJsskgKkgKkJkJhhkgkghhr据表时1）查表KkgkJsss0561.63028.13589.7'''34KkgkJTrTdqTqsorssR0561.621212）由闭口系熵方程gfsssKkgkJsssKkgkJTrTqTqsTqsfgff5409.15152.40561.65152.45006.225721热源热源热源热源作业：