工程热力学课件 第六章 水蒸气

第六章水和水蒸气的性质水和水蒸气是实际气体的代表水蒸气在空气中含量极小，当作理想气体一般情况下，为实际气体，使用图表18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质直到内燃机发明，才有燃气工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质优点:便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好是其它实际气体的代表本章主要内容1.实际工质的物性3.水蒸气图表的结构和应用2.水蒸气的产生过程§6-1水的物态变化物质有三种聚集状态：固态、液态、气态热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态水的三态：冰、水、蒸汽思考题没有。t374.16℃有1.有没有500ºC的水？2.有没有-3℃的蒸汽？汽化与饱和沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化(气体和液体均处在饱和状态下)饱和状态：汽化与凝结的动态平衡汽化:由液态变成气态的物理过程(不涉及化学变化)蒸发：汽液表面上的汽化饱和状态饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和温度Ts饱和压力ps一一对应放掉一些水，Ts不变，ps？Tspsps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高压锅ps=1.6barTs=113.32℃§6-2水的定压加热汽化过程ttst=tst=tst=tsttsvv’v=v’v=v’’v’vv’’vv’’未饱和水饱和水饱和湿蒸汽饱和干蒸汽过热蒸汽hh’h=h’h=h’’h’hh’’hh’’ss’s=s’s=s’’s’ss’’ss’’水预热汽化过热水蒸气定压发生过程说明(1)()QUWUpdVUpVUpVH(2)fg0SSS(3)理想气体()hfT实际气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加'''hh汽化潜热(4)未饱和水过冷度sttt过冷过冷水过热蒸汽过热度sttt过热cpcTcTABCACBcTTcTTcppcpp3a3b3d3e3c3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e2c2a2b2d2e1c1a1b1d1e1c1a1b1d1eTsp-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程pvcp一点，二线，三区，五态§6-3水和水蒸气状态参数状态公理：简单可压缩系统，两个独立变量未饱和水及过热蒸汽，一般已知p、T即可饱和水和干饱和蒸汽，只需确定p或T湿饱和蒸汽，p和T不独立，汽液两相水和水蒸气状态参数确定的原则1、未饱和水及过热蒸汽确定任意两个独立参数，如：p、T2、饱和水和干饱和蒸汽确定p或T3、湿饱和蒸汽除p或T外，其它参数与两相比例有关两相比例由干度x确定定义干饱和蒸汽fmxmmvv干饱和蒸汽质量＝湿饱和蒸汽质量饱和水对干度x的说明：x=0饱和水x=1干饱和蒸汽0≤x≤1在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义湿饱和蒸汽区状态参数的确定如果有1kg湿蒸气，干度为x,即有xkg饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。')1(yxxyy''')1()1()1(sxxssvxxvvhxxhh''yyxyy已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度xh,v,s水和水蒸气表两类2、未饱和水和过热蒸汽表1、饱和水和干饱和蒸汽表§6-4水蒸气表和图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/CtKT//pMPakgmv//'3kgmv/3kgkJh/'kgkJh/)(//'KkgkJs)(//KkgkJs01.010020030016.273000611.000100022.0175.2060.2501000614.00000.01562.915.373101325.00010437.06738.13.267606.4193069.13564.715.4735551.10011565.04.82512714.04.27913307.24289.615.5735917.80014041.002162.04.13454.27482559.37038.5kgmv//'3kgmv/3kgkJh/'kgkJh/)(//'KkgkJs)(//KkgkJso/Ct949.663.9988.17996.3105.24840010001.0208.1298.251333.291060.02.22580010434.06946.17.267551.4173027.14.20140011274.06.76219430.00.27778.1315/pMPa001.01.00.1100014526.001800.06.14084.27249756.83608.71382.25847.63616.36143.5kgkJr/饱和参数p0.01MPa0.02MPa83.45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表的出处和零点的规定原则上可任取零点，国际上统一规定。但原则上不为0，对水：pvuh3m611.20.00100022pPavkg00006.06.0kgkJkgJpvuh表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编制，尽管IFC（国际公式化委员会）1967和1997年先后发表了分段拟合的水和水蒸气热力性质公式，但工程上还主要依靠图表。焓、内能、熵零点的规定：0s0uT16.273水的三相点查表举例（1）查表时先要确定在五态中的哪一态。例.1已知：p=1MPa,试确定t=100℃,200℃各处于哪个状态,各自h是多少？ts(p)=179.88℃（179.916℃)t=100℃ts,未饱和水h=419.7kJ/kgt=200℃ts,过热蒸汽h=2827.5kJ/kg查表举例（2）已知t=250℃,5kg蒸汽占有0.2m3容积,试问蒸汽所处状态?h=?30.2m0.04kg5vkgmv3001253.0't=250℃,kgmv305002.0'0.040.00125130.795'0.050020.0012513vvxvv'''vvv湿蒸汽状态查表举例（2）已知t=250℃,5kg蒸气占有0.2m3容积,试问蒸气所处状态?h=?t=250℃,0.795x湿蒸汽状态kJkJ'1085.82799.5kgkghhkJ(1)'2448.2kghxhxh查表举例（3）在一刚性容器内充满p=0.1MPa，t=20℃的水。由于太阳照射，使其温度升为40℃,求容器承受的压力。p=0.1MPat=20℃3m0.0010018kgvt=40℃14.0MPap等容过程储液罐很危险，不能装满。查表举例（4）已知t=85℃,p=0.015MPa,试确定状态?h=?ts=54.0℃,过热状态80908085809080hhhhp=0.015MPa内插法p=0.01MPat=85℃0.01kJ2658.8kgh80908085809080hhhhp=0.02MPat=85℃0.02kJ2657.4kgh0.010.020.010.0150.010.020.01hhhhp=0.015MPat=85℃kJ2658.1kgh饱和参数paMP01.0aMP02.07988.45st1481.8s6490.072.25883h76.191673.14v0010103.0'''shv09.60st9092.78321.06.260946.2516515.70010172.0'''sshhvvtvhsvhs未饱和水和过热蒸汽表(注意下划线）04080600010002.00.00002.00010002.00.00001.05.1670010079.04.1675723.00010078.05721.08310.01.2510010171.02313.88.2610336.15268.169.26483422.8119.88.26470205.84.2724052.95466.81.2725124.182261.8120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）：面积代表热蒸汽动力循环锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器定压过程等熵过程tqhwhtwh0s焓熵图的画法(1)1、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，不在极值点上焓熵图hsCpC焓熵图的画法(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x焓熵图hsCTx§6-5水蒸汽的基本热力过程任务：确定初终态参数，计算过程中的功和热在p-v、T-s、h-s图上表示热力过程：psTv水蒸汽的定压过程q=hwt=0342pv1qhvdp例：锅炉中，水从30℃，4MPa,定压加热到450℃q=h2-h1ts(4MPa)=250.33℃锅炉、换热器水蒸汽的定压过程例：水从30℃，4MPa,定压加热到450℃q=h2-h12Tshs2h1=129.3kJ/kgh2=3330.7kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kg水蒸气的绝热过程p12’pvp2不可逆过程：汽轮机、水泵12可逆过程：s1212’q=0t12whhh水蒸汽的绝热过程汽轮机、水泵q=0t12whh2’12Ts不可逆过程：可逆过程：st12'whhp1p2水蒸汽的绝热过程汽轮机、水泵q=0t12whhhs不可逆过程可逆过程：st12'whhp1p221h1h2h2’2’透平内效率12'oi12hhhh水蒸汽的绝热过程举例hsp1p221h1h2h2’2’例：汽轮机14MPapo1450Ct20.005MPap0.9oi求：'tw2'h2'x13330.7kJ/kgh16.9379kJ/kg.Ks解：由t1、p1查表21ss水蒸汽的绝热过程举例hsp1p221h1h2h2’2’4MPao450C0.005MPa求：'tw2'h2'x216.9379kJ/kg.Kss由p2查表'2137.77kJ/kgh''22561.2kJ/kgh'20.4762kJ/kg.Ks''28.3952kJ/kg.Ks'222'''220.8160ssxss水蒸汽的绝热过程举例hsp1p221h1h2h2’2’4MPao450C0.005MPa求：'tw2'h2'x'''2222212115.3kJ/kghxhxh20.8160x'12'12toitwhhhhw'121093.9kJ/kgtoiwhh'2'12236.8kJ/kgthhw'2'22''''220.866hhxhh水蒸汽的定温过程pv实际设备中很少见TCTcT远离饱和线，接近于理想气体水蒸汽的定温过程12Tshs122’理想气体测量干度原理绝热节流可逆过程：qTdsTstwqh12’5、注意与理想气体比较，哪些公式可用、