5第五章_水蒸气与蒸汽动力循环

3. 了解水蒸气图表的结构，能够熟练利用水蒸气图表查出水蒸气 状态参数。
4. 掌握水蒸气基本热力过程的特点和热量、功量、热力学能的计 算。
5. 掌握朗肯循环的基本装置、热力过程及热效率，了解蒸汽参数 对朗肯循环热效率的影响。
6. 了解再热循环和回热循环的基本装置、热力过程及热效率，了 解热电合供循环的基本思想和经济性指标。
本章难点
1. 本章的基本概念较多，也比较抽象，较难理解。 学习中应反复深入地思考，正确理解这些概念的物理 意义，找出其间有机的联系，并在应用中加深理解。 2. 熟练利用水蒸气图表进行相关工程计算在初始阶 段会有一定难度，应结合例题与习题加强练习。 3. 朗肯循环的热效率计算有一定难度，分析蒸汽参 数对朗肯循环热效率的影响，以及提高其热效率的方 法理解起来也有一定难度。
vx v 0.22 0.0011148 x 0.915 v 0.24037 0.0011148 v
三、水蒸气的焓熵图
欲获得水蒸汽的状态参数,可查
精确度高,但往往不 太方便、且不直观
水蒸气表 水蒸气的焓熵图(莫里尔图)
方便、直观, 但不够精确
水蒸气的焓熵图
临界点C 上界线（x1） 下界线（x0） 定焓线h
1—2过程: 定温膨胀; 蒸汽状态由湿蒸汽变为干 饱和蒸汽,再变为过热蒸汽
q T s2 s1
u h2 h1 p2v2 p1v1
w q u
wt q h T s2 s1 h2 h1
4. 绝热过程
工程计算中最常遇到. 如水蒸气 通过汽轮机膨胀而对外作功；又 如水蒸气通过喷管的过程等
量，或确定湿蒸汽的状态。
二、水蒸气定压发生过程的三个阶段和五种状态
p p p t<ts v' ts vx ts p ts v p t>ts
v0
v''
a
未饱和水
b
饱和水
湿(饱和)蒸气
c
过冷度
ts t
(v, h, s)
(v, h, s)
干饱和蒸气
d
过热蒸气
e
过热度
t ts
过热阶段 汽化阶段 凝结潜热 汽化潜热 r h h J/kg 预热阶段
例5-2 试判断下列情况下水处于什么状态，并确定其 它各参数的值。（1）p0.1MPa，t50℃；（2）p0.5MPa ，t200℃；（3）p0.8MPa，v=0.22m3/kg；（4）p1MPa ，t179.916℃。 解：（1）查附表5，p0.1MPa，ts99.634℃。而t＜ts，
如在0.1MPa时，水的沸点为 99.634℃，氨的沸点为-32℃
汽化过程是吸热过程。
基本概念 2. 凝结
——物质由气态转变为液态的过程称为凝结。
如水蒸汽冷凝为 水
液态物质
(吸热)汽化 (放热)凝结
气态物质
同压力下蒸汽的凝结 温度与液体的沸点相 等
汽相空间蒸汽分子越多，蒸汽压力越大，凝结速度 越快。
h c
χ = 0
定熵线s 定温线t
定干度线x
o
定压线p
定比体积线v
P4 P 3 v1 v2 v3 t 4 P2 t3 t2 P1 t1 χ =1 χ 2 χ 1 S
工程上常用蒸汽为 图中方框部分(附图 1)
• h-s图上的一条线表示一个
确定的热力过程，查取初、 终态的参数值，就可对该过
湿蒸汽区的定压 线就是定温线
状态参数列成数据表或绘成线算图，以供工程计算查用。
一、零点的规定
制冷剂蒸气图表常将 零点规定于0℃以下
水蒸气图表选定水的三相点（即273.16K的液相水） 作为基准点，规定在该点的液相水的u、s值为零,此时有 t0＝0.01C，p0＝611.659Pa，v0＝0.00100021ｍ3∕kｇ， u0=0kJ/kg；s0=0kJ/（kgK） ｈ0＝ u 0 ＋ p0 v 0 ＝0.611J∕kg≈0 kJ∕kg
程进行热工计算。
四、水蒸气的基本热力过程
水蒸气的热力过程分析计算步骤：
（1）根据已知初态的两个独立参数，在图上（或水蒸气 表上）找到代表初态的点，并查出其它初态参数值。 （2）根据过程条件（沿定压线、定容线、定温线、定熵 线）和终态的一个参数值。找到终态的点，并查出终态的其 它参数值（见图5-4）。 （3）根据已求的初、终态参数，应用热力学第一和第二 定律等基本方程计算工质与外界传递的能量，即q，w等。
由式 vx v x(v v) 可得干度 该状态下的其它参数为 txts170.444℃ hxh+x（hh）721.2+0.915（2768.68721.2） 2594.64（kJ/kg） sx s+x（ss）2.0464+0.915（6.66252.0464） 6.2701[kJ/（kgK）] uxhxpvx2594.640.81030.222418.64（kJ/kg） （4）查附表5，p1MPa，ts179.916℃，tts。故第四 种情况是饱和状态，但无法确定是饱和水，干饱和水蒸 气还是湿蒸汽，其余参数也无法确定。
第五章
水蒸气和蒸汽动力循环
学习导引
本章介绍了水蒸气的定压发生过程，水蒸气 图表及其应用，蒸汽动力循环的系统组成、工作 原理及循环在T-s图上的表示方法。
学习要求
1. 掌握有关蒸汽的各种术语及其意义。如：汽化、凝结、饱和状 态、未饱和液体、饱和液体、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽、干度 等概念及不同蒸汽状态的特征和关系。 2. 了解蒸汽定压发生过程及其在p-v图与T-s图上的一点、二线、 三区和五态。
（2）查附表5，p0.5MPa，ts151.867℃，而t＞ts，故 第二种情况为过热水蒸气状态。查附表6，当p0.5MPa， t200℃时，过热水蒸气的其它参数为 v0.42487m3/kg，h2854.9kJ/kg，s7.0585kJ/（kgK）， uhpv2854.90.51030.424872642.465（kJ/kg） （3）查附表5，当p0.8MPa时， v0.0011148m3/kg，v0.24037m3/kg； h721.2kJ/kg，h2768.86kJ/kg； s2.0464kJ/（kgK），s6.6625kJ/（kgK） 因为v0.22m3/kg，介于饱和水与干饱和水蒸气之间，即 v＜v＜v， 故第三种情况为湿蒸汽状态。
• 在临界点C汽液两相差异完全消失，汽液相变将在瞬间完成。 • 在临界温度以上不能用压缩的方法使Pa下时饱和温度ts99.634℃， 当压力不变时，（1）若其温度变为120℃处于何种状态？ （2）若测得10kg工质中含蒸汽4kg，含水6kg则又处于何种 状态？此时的温度与干度应为多少？ 解：（1）因t120℃，ts99.634℃，t＞ts，此时处于过
3. 饱和状态
基本概念
——液面上蒸气空间中的蒸气和液体两相达到 动态平衡的状态就称为饱和状态。
在饱和状态下,有:
饱和压力ps 饱和温度ts
ps f (ts )
饱和蒸汽
饱和液体
—— ——
如水蒸气：ps＝0.101325 MPa，ts=100 º C
•饱和温度和饱和压力一一对应。
4. 干度
为湿蒸汽的干度。表示式为
q0
u u2 u1 h2 h1 p2v2 p1v1
w u
h
1
P1 t1 P2 t2
χ = 1 χ 2
wt h h1 h2
对过热蒸汽，经绝热 膨胀，过热度减小， 变为干饱和蒸汽。若 继续膨胀，则变为湿 蒸汽，同时干度会随 之减小。
h
P1 1 t1
故第一种情况为未饱和水状态。查附表6，当p0.1MPa， t50℃时用线性插值法求得未饱和水的其它参数为 v0.00101245m3/kg， h209.405kJ/kg， s0.70175kJ/（kgK）， uhpv209.4050.11030.00101245209.304（kJ/kg）
P2 t2
χ = 1
2
(a)可逆绝热过程
S
忽略散热及 不可逆因素
2
χ
2
s1 s2
S
例5-3 水蒸气在0.2MPa压力下从150℃定压加热到250℃
，试求1kg水蒸气的吸热量、所作的膨胀功及热力学能增量。 解：在h-s图上，由p0.2MPa的定压线与t1150℃的定温 线相交得初状态点1，与t2250℃的定温线相交得终状态点2， 如图5-6所示。查得 h1=2772kJ/kg，v1=1m3/kg h2=2973kJ/kg，v2=1.22m3/kg 吸热量 q h2 h1 2973 2772 201 （kJ/kg） 膨胀功 w p(v2 v1 ) 0.2 103 1.22 1 44 （kJ/kg） 热力学能增量 u q w 201 44 157 （kJ/kg）
同工质同温度下
三、水蒸气定压发生过程在p-v图和T-s图上的表示
水的临界状态
pc22.064MPa
tc373.99℃
vc0.003106m3/kg
一点 二线 三区 五态
临界点C
饱和水线 (x0) 、饱和蒸汽线(x1） 末饱和水区、汽液两相共存区、过热蒸汽区 末饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽
1. 定压过程
1—2:定压吸热膨胀升温 2—1:定压放热被压缩降温
工程计算中最常遇到.如水在锅炉中 吸热形成水蒸气的过程;水蒸气通过 各种换热器进行热交换的过程
q h h2 h1
u u2 u1 h2 h1 pv2 v1
w p(v2 v1 )
w q u
第一节 水蒸气的定压发生过程
气体 气态工质
远离液态，一般可作为理想气体处 理，如空气、燃气。 刚脱离或接近液态，一般不能作为 理想气体处理，如水蒸气、制冷剂 蒸气等 。