工程热力学_史琳_第六章水蒸气
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化工热力学第六章课后答案
一、填空、选择、判断1、有两股压力分别是12.0 MPa 的饱和蒸汽和1.5 Mpa 的饱和蒸汽。
在化工设计和生产过程中从合理用能的角度考虑：12.0MPa 饱和蒸汽用于膨胀做功、1.5Mpa 的饱和蒸汽用于换热器做加热介质。
环境温度25℃表1各状态点一些热力学参数2、最简单的蒸汽动力循环是Rankin 循环，由锅炉、过热器、透平机（或汽轮机）、冷凝器、水泵这几个基本装置所组成。
对Rankin 蒸汽动力循环中的各个过程进行功热转化分析时，使用稳流过程热力学定律，其热效率 小于Carnot 循环的热效率。
3、当过程不可逆时，孤立系统的△S 总〉0, 工质的△S 产生〉0。
4、空气在封闭的气缸内经历一过程，相应其内能增加15kJ ，对外界作功15kJ ，则此过程中工质与外界交换热量Q =30 kJ 。
5、有一电能大小为1000KJ ，另有一恒温热源其热量大小为1000KJ ，则电能的有效能大于恒温热源的有效能。
6、当过程不可逆时，体系的△S 总〉0，工质的△S 产生〉0，损失功W L 〉0。
7、热力学第二定律的克劳修斯说法是 热不可能自动从低温物体传给高温物体，开尔文说法是不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功，而不引起其他变化。
8、理想功：系统的状态变化以完全可逆方式完成，理论上产生的最大功或消耗的最小功，用符号Wid 来表示：Wid=△H －T 0△S9、有效能：系统在一定状态下的有效能，就是系统从该状态变化到基态过程所作的理想功，用符号B 号表示：B=(H －H 0)－T 0(S －S 0)10、制冷系数：制冷系数是指消耗单位量的净功所获得的冷量，用符号ξ表示：NW Q 0＝消耗的净功从低温物体吸收的热量=ξ 11、在温度为800K 的高温热源和温度为300K 的低温热源之间工作的一切可逆热机，其循环热效率等于62.5%。
12、对有限温差下的不可逆传热过程，传热温差越大，有效能损失越大。
13、在门窗紧闭房间有一台电冰箱正在运行。
化工热力学习题参考答案 第六章
A.任何气体,经等熵膨胀后,温度都会下降
B.只有当μ>0，经节流膨胀后，气体温度才会降低
C.在相同初态下，等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大
D.任何气体,经节流膨胀后,温度都会下降
38、(1分)某真实气体流过节流阀，其参数变化为(
A.△S＝0
Thankyouforyoursupport!
)。
B.△T＝0
243K，经可逆绝热压缩后，冷凝至303K，过冷到298K,再经节流阀节流后，回蒸
（4）如压缩过程不是可逆绝热压缩，等熵效率η=0.8，其余条件不变，试计算压
缩机消耗的功率（kw）和此装置制冷系数，并在（1）的T-S图上标出此过程。（6
分）
已知压缩机进出口处氨的焓分别是1644kJ/kg和1966kJ/kg，凝器出口过冷氨的冷
A．锅炉加热锅炉进水
C.冷凝器加热冷凝水
B．回热加热器加热锅炉进水
D.过热器再加热
28、(1分)某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器中因冷却介质改变，比原冷凝压力下的饱和温度
。低了5度，则制冷循环
A.冷量增加，功耗不变B.冷量不变，功耗减少
C.冷量减少，功耗减小D.冷量增加，功耗增加
29、(1分)某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器中固冷却介质改变，比原冷凝压力下得饱
环的__________
A节流阀B膨胀机C压缩机
24、(1分)对于蒸汽动力循环要提高热效率，可采取一系列措施，以下说法不正确的是
（
）
(A)同一Rankine循环动力装置，可提高蒸气过热温度和蒸汽压力
(B)同一Rankine循环动力装置，可提高乏气压力。
(C)对Rankine循环进行改进，采用再热循环。
12、(1分)单级蒸汽压缩制冷是由冷凝器、节流阀、蒸发器、过热器组成
B.只有当μ>0，经节流膨胀后，气体温度才会降低
C.在相同初态下，等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大
D.任何气体,经节流膨胀后,温度都会下降
38、(1分)某真实气体流过节流阀，其参数变化为(
A.△S＝0
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)。
B.△T＝0
243K，经可逆绝热压缩后，冷凝至303K，过冷到298K,再经节流阀节流后，回蒸
（4）如压缩过程不是可逆绝热压缩，等熵效率η=0.8，其余条件不变，试计算压
缩机消耗的功率（kw）和此装置制冷系数，并在（1）的T-S图上标出此过程。（6
分）
已知压缩机进出口处氨的焓分别是1644kJ/kg和1966kJ/kg，凝器出口过冷氨的冷
A．锅炉加热锅炉进水
C.冷凝器加热冷凝水
B．回热加热器加热锅炉进水
D.过热器再加热
28、(1分)某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器中因冷却介质改变，比原冷凝压力下的饱和温度
。低了5度，则制冷循环
A.冷量增加，功耗不变B.冷量不变，功耗减少
C.冷量减少，功耗减小D.冷量增加，功耗增加
29、(1分)某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器中固冷却介质改变，比原冷凝压力下得饱
环的__________
A节流阀B膨胀机C压缩机
24、(1分)对于蒸汽动力循环要提高热效率，可采取一系列措施，以下说法不正确的是
（
）
(A)同一Rankine循环动力装置，可提高蒸气过热温度和蒸汽压力
(B)同一Rankine循环动力装置，可提高乏气压力。
(C)对Rankine循环进行改进，采用再热循环。
12、(1分)单级蒸汽压缩制冷是由冷凝器、节流阀、蒸发器、过热器组成
工程热力学基础第六章解读
o
3
v"
h'
100 373.15 0.1013250.0010437 1.6738 419.06 2676.3 1.3069 7.3564 200 473.15 1.5551 0.0011565 0.12714 825.4 2791.4 2.3307 6.4289 300 573.15 8.5917 0.0014041 0.02162 1345.4 2748.4 3.2559 5.7038
v 0.0010018 m
t=40℃
3
kg
储液罐很危险， 不能装满。
p 14.0MPa
§6-5 水蒸气的热力过程
热力过程： p
s
Thermal Process of Steam
任务： 确定初终态参数，
计算过程中的功和热 在T-s图上表示
§6-5 水蒸气的热力过程
Thermal Process of Steam
0.1 2258.2 99.63 0.0010434 1.6946 417.51 2675.7 1.3027 7.3608 1.0 2014.4 179.88 0.0011274 0.19430 762.6 2777.0 2.1382 6.5847 10 1315.8 310.96 0.0014526 0.01800 1408.6 2724.4 3.3616 5.6143
ptp 611.2Pa,T Ttp 273.16K v
临界点Critical point
临 界 点
饱和液线与饱和气线的交点 气液两相共存的pmax,Tmax
p 等温线是鞍点 v Tc
pc 22.129MPa Tc 647.30K vc 0.00326 m
3
v"
h'
100 373.15 0.1013250.0010437 1.6738 419.06 2676.3 1.3069 7.3564 200 473.15 1.5551 0.0011565 0.12714 825.4 2791.4 2.3307 6.4289 300 573.15 8.5917 0.0014041 0.02162 1345.4 2748.4 3.2559 5.7038
v 0.0010018 m
t=40℃
3
kg
储液罐很危险， 不能装满。
p 14.0MPa
§6-5 水蒸气的热力过程
热力过程： p
s
Thermal Process of Steam
任务： 确定初终态参数，
计算过程中的功和热 在T-s图上表示
§6-5 水蒸气的热力过程
Thermal Process of Steam
0.1 2258.2 99.63 0.0010434 1.6946 417.51 2675.7 1.3027 7.3608 1.0 2014.4 179.88 0.0011274 0.19430 762.6 2777.0 2.1382 6.5847 10 1315.8 310.96 0.0014526 0.01800 1408.6 2724.4 3.3616 5.6143
ptp 611.2Pa,T Ttp 273.16K v
临界点Critical point
临 界 点
饱和液线与饱和气线的交点 气液两相共存的pmax,Tmax
p 等温线是鞍点 v Tc
pc 22.129MPa Tc 647.30K vc 0.00326 m
工程热力学.ppt
湿空气
一、湿空气的一般概念 *湿空气：干空气和水蒸气组成的混合气体--混合理想气体。
*湿空气的总压力p=pa+pv *在采暖与空调等工程中的湿空气是环境大气，B=pa+pv。
二、饱和湿空气 未饱和湿空气—过热水蒸
气＋干空气，如点A。
饱和湿空气—饱和水蒸气
＋干空气，如点B。 露点温度（露点）—pv对
*当温度超过一定值tc时，液相不可能存在，而只可 能是气相。
思考题
有没有500ºC的水？
水蒸气的 h-s图
h-s图的结构： C—临界点，
六类等值线簇: 定焓线、定熵线、定压线、定温线定容 线、定干度线。
四、 水蒸气的基本热力过程 ---四个过程
可利用的公式： •热力学第一定律 •可逆过程的公式
不可利用的公式： •理想气体的公式
2) 柴油机的理论循环—定压加热循环（狄塞尔循环）
p 2
3
s
s
T
2
4
1
1
v
一个定压、一个定容、两个定熵 过程构成
3
p
4
v
s
定压加热循环的计算
T
3
吸热量 q1 cp T3 T2
放热量 q2 cv T4 T1
三个阶段： ①水的预热过程
—未饱和水(0.01℃)→饱和水(ts)；
②水的汽化过程
—饱和水(ts)→干饱和水蒸气(ts)；
③水蒸气的过热过程
—饱和水蒸气（ts）→过热水蒸气(t)。
汽化潜热---1kg饱和水汽化成为干饱和水蒸气所需的热量。
压力越高，汽化潜热越小。在临界压力下，汽化潜热为零。
水蒸气定压发生过程说明
2 管内定熵流动的基本特性
工程热力学第六章水蒸气
6-3
(bar)
p
(℃)
ts
(bar)
v’
v
’’
kJ/(kg.K)
s’
s’’
0.00611 0.01 0.00100022 206.175 0.0 2 1.0 99.6 0.0010434 1.6946 1.302 3 7 5.0 151.850.0010928 0.37481 1.860
50.0
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℃
t=100℃ < ts, 未饱和水 h=419.7kJ/kg
t=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=? t=250℃ , v ' 0.001253 m kg v" 0.05002 m kg
6-4
1、饱和水和干饱和蒸汽
确定p或T
2、未饱和水及过热蒸汽 确定任意两个独立参数，如：p、T
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x kg饱和蒸汽， (1-x)kg饱和水。
h xh" (1 x )h ' v xv" (1 x )v ' s xs (1 x ) s
3 0.2 v 0.04 m kg 5
3
3
v ' v v '' 湿蒸汽状态
v v' 0.04 0.0012513 x 0.795 v " v ' 0.05002 0.0012513
重庆大学工程热力学第六章-蒸气的热力性质
①临界点
临界点C：OC线的上端点，也是饱和液线与饱和气线的交点， 气液两相共存的pmax,Tmax。在C点上，饱和气及饱和液有相同 的p,T,v,u,h,s pcr以上液、气两相区不存在明显的、确定的界线，习惯上， 人们把临界定温线当作临界压力以上液、气分界线。 水的临界点状态 pc 22.129MPa，Tc 647.3K 374.15℃
工质热力性质（u、h、s等）计算：用状态方程 + 比热容；表；图；计算机
6.3.1基准点
水蒸气—处于三相点的饱和水u0=0, s0=0 (h0 0 )（1956年第五届国际水蒸气会议规定）
6.3.2饱和液及饱和蒸气表（附表9、10）
饱和线上，t = t(p)，或p = p(t) （饱和汽或者饱和液的参数，只需知道t或者p，然 后直接查表） t p v’ v” h’ h” r s’ s” p t v’ v” h’ h” r s’ s”
工程上，锅炉、冷凝器、蒸汽发生器中工质压力 变化很小，可视为等压过程。
t < ts
未饱和液
t = ts
饱和液
t = ts
湿蒸气
t = ts
饱和蒸气
t > ts
过热蒸气
液体加热
气化
过热
（1）T-s图上定压线的斜率
根据熵的微分式4-22，在T-s图上定压线的斜率为
T T 0 s p c p
湿汽区：dpT = 0 (h/s)T = Ts （上扬的直线）。T↑陡 过热区： (2h/s2)T < 0的曲线。T↑ 平缓。T →∞ (h/s)T →0
定容线簇 (h/s)v = T + v(p/s)v > 0
(2h/s2)v > 0的曲线。(h/s)v – (h/s)p = v(p/s)v > 0（定v线比定p线陡）
工程热力学基础——第6章蒸气的流动
一、连续性方程式 由质量守恒定律知，在稳定流动过程中，流道 内各截面处的质量流量都相等：
qm1 A1c1 A2c2 qm2
v1
v2
此式适用于任何工质的可逆或不可逆的稳定流 动过程。
二、稳定流动的能量方程式
根据热力学第一定律等出稳定流动的能量方
程式为：
1 2
(c22
c12 )
h1
h2
即不做轴功的绝热稳定流动过程中，工质动 能的增加等于其绝热焓降。
喷管截面与流速变化关系式：
dA (Ma2 1) dc
A
c
1、喷管（降压增速） 渐缩喷管：当进入喷管的气流速度是Ma＜1的亚声速 气流时，则沿气流方向喷管截面积必须逐渐缩小。 渐扩喷管：当进入喷管的气流是Ma＞1的超音速气流 时，则沿气流方向喷管截面逐渐扩大。 渐缩渐扩喷管：将Ma＜1的亚声速气流增大到成为Ma ＞1的超声速气流，则喷管截面由逐渐缩小转为逐渐扩大。 收缩与扩张之间的最小截面处称为喉部。
2、扩压管（减速增压）
渐缩扩压管：当进入扩压管的气流速度是Ma＞1 的超声速气流时，则沿气流方向扩压管的截面积应 逐渐缩小。
渐扩扩压管：当进入扩压管的气流是Ma＜1的亚 声速气流时，则气流方向扩压管的截面积应逐渐扩 大。
渐缩渐扩扩压管：气流的速度在扩压管中由Ma ＞1的超声速一直降低到Ma＜1的亚声速，则扩压管 截面由逐渐缩小转为逐渐扩大。
缩放喷管的喉部dA=0，因此气流可以达到音速 （c=a）；渐扩段（ dA0），出口截面的流速可超音速 ( C a ),其压力可大于临界压力（ p2 pcr ）。但因喉 部几何尺寸的限制，其流量的最大值仍为最大流量 （ qmax ）。
缩放喷管在渐扩段能做完全膨胀，其工作情况随背 压不同，可分为三种情况：
qm1 A1c1 A2c2 qm2
v1
v2
此式适用于任何工质的可逆或不可逆的稳定流 动过程。
二、稳定流动的能量方程式
根据热力学第一定律等出稳定流动的能量方
程式为：
1 2
(c22
c12 )
h1
h2
即不做轴功的绝热稳定流动过程中，工质动 能的增加等于其绝热焓降。
喷管截面与流速变化关系式：
dA (Ma2 1) dc
A
c
1、喷管（降压增速） 渐缩喷管：当进入喷管的气流速度是Ma＜1的亚声速 气流时，则沿气流方向喷管截面积必须逐渐缩小。 渐扩喷管：当进入喷管的气流是Ma＞1的超音速气流 时，则沿气流方向喷管截面逐渐扩大。 渐缩渐扩喷管：将Ma＜1的亚声速气流增大到成为Ma ＞1的超声速气流，则喷管截面由逐渐缩小转为逐渐扩大。 收缩与扩张之间的最小截面处称为喉部。
2、扩压管（减速增压）
渐缩扩压管：当进入扩压管的气流速度是Ma＞1 的超声速气流时，则沿气流方向扩压管的截面积应 逐渐缩小。
渐扩扩压管：当进入扩压管的气流是Ma＜1的亚 声速气流时，则气流方向扩压管的截面积应逐渐扩 大。
渐缩渐扩扩压管：气流的速度在扩压管中由Ma ＞1的超声速一直降低到Ma＜1的亚声速，则扩压管 截面由逐渐缩小转为逐渐扩大。
缩放喷管的喉部dA=0，因此气流可以达到音速 （c=a）；渐扩段（ dA0），出口截面的流速可超音速 ( C a ),其压力可大于临界压力（ p2 pcr ）。但因喉 部几何尺寸的限制，其流量的最大值仍为最大流量 （ qmax ）。
缩放喷管在渐扩段能做完全膨胀，其工作情况随背 压不同，可分为三种情况：
工程热力学-第六章水蒸气
p=0.015MPa ts=54.0℃ , 过热状态 内插法
p=0.01MPa t=85℃
h h80 85 80 h90 h80 90 80
h
2658.8
kJ kg
p=0.02MPa t=85℃
h h80 85 80 h90 h80 90 80
h
2657.4
蒸汽 水蒸气 蒸气
§ 6-1 纯物质的热力学面及相图
物质有三种聚集状态：固态、液态、气态 水的三态： 冰、水、蒸汽
热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态 的曲面
单相区
液
p
水的热力学面
气
固--液
p
两相区
液--气
T
T
固
v
固--气 v
六个区：三个单相区、三个两相区
纯物质（水）的相变
• 液—汽 • 固—液 • 汽—固
100 373.15 0.1013250.00104371.6738 419.06 2676.31.3069 7.3564
200 473.15 1.5551 0.0011565 0.12714 825.4 2791.4 2.3307 6.4289
300 573.15 8.5917 0.0014041 0.021621345.4 2748.4 3.2559 5.7038
(2) S Sf Sg 0 熵在加热时增加 (3) 理想气体 h f (T )
实际气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加
h '' h ' 汽化潜热 (4) 未饱和水 过冷度 t过冷 ts t 过冷水
过热蒸汽 过热度 t过热 t ts 过热蒸汽
p-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程 一点，二线，三区，五态
工程热力学第六章
五个状态：
（1）a：未饱和水(unsaturated liquid) （过冷水），t < ts 过冷度t = ts- t , p、T 是独立的状态参数，单相均匀系= f ( p， T )。 （2）b：饱和水(saturated liquid) ，t = ts ， p、T 不再是独立 的状态参数，处于平衡态单相均匀系= f ( p或 T )。v’，u’， h’，s’
技术功： wt ,T qT h2 h1 T s2 s1 (h2 h1 )
四、绝热过程（s = 常数 )
体积功：ws qs (u2 u1 ) u1 u2 (h1 p1v1 ) (h2 p2 v2 ) 技术功：wt ,s qs (h2 h1 ) h1 h2
tS
t
T a b
va
c d
e
v Ts b c d
e
v’
vx
v” v
a
s0 s’ sx s” s s
二、水蒸气的p-v图和T-s图
饱和水线 p C 未 饱 和 水 区x=0 干饱和蒸汽线
过热蒸汽区
饱和水线
T
未 饱 和 水 区
干饱和蒸汽线
过热蒸汽区
C
x=1
湿蒸汽区
0 v
0
x=0
湿蒸汽区
x=1 s
1、一点二线三区五态。 2、当压力升高时，饱和温度随之升高，汽化过程缩短，比 汽化潜热减少，预热过程变长，比液体热增加。 3、 饱和水的比体积随压力的升高略有增加，而饱和蒸汽的 比体积则随压力的升高明显的减小。
h p1
解：可逆过程1-2：
t1 p2
1
P1，t1
2 s
h1=3317kJ/kg， s1=6.8204kJ/(kgK)
工程热力学第六章
制冷系统
利用制冷剂在循环过程中吸热 和放热的过程，实现制冷和制 热的目的。Fra bibliotek汽车发动机
汽车发动机中的汽油机和柴油 机均利用热力循环原理工作， 将燃料的化学能转化为机械能 。
工业余热回收
利用热力循环原理回收工业余 热，提高能源利用率。
05
热力学基本方程
热力学基本方程的推导
热力学第一定律
能量守恒定律在封闭系统中的表现形式，通过分析系统能量的来源 和去路，推导出热力学第一定律的数学表达式。
热力学第一定律的应用
热力学第一定律在工程和科学领域中有着广泛的应用，例如 在能源转换、制冷技术、热力发动机等领域中，都需要应用 热力学第一定律来分析和设计系统。
通过应用热力学第一定律，可以有效地提高能源利用效率、 优化系统性能、降低能耗和减少环境污染等方面的问题。
02
热力学第二定律
定义与公式
定义
03
热力过程
等温过程
定义
等温过程是指系统温度保持恒 定的过程，即系统的温度只随 压力变化而保持不变。
特点
在等温过程中，系统与外界的 热交换只通过压力变化来实现 ，系统与外界没有温差。
应用
等温过程在制冷、空调、化工 等领域有广泛应用。
等压过程
定义
等压过程是指系统压力保持恒定的过程，即系 统的压力只随温度变化而保持不变。
工程热力学第六章
目
CONTENCT
录
• 热力学第一定律 • 热力学第二定律 • 热力过程 • 热力循环 • 热力学基本方程
01
热力学第一定律
定义与公式
定义
热力学第一定律是能量守恒定律在封闭系统中的具体表现，它说 明了能量不能凭空产生，也不能消失，只能从一种形式转化为另 一种形式。
热力学第六章
汽耗率(Steam Rate)的概念
在功率一定的条件下，汽耗率反应了 循环中各设备尺寸的大小。汽耗率大，各 设备尺寸大，投资大，效率低。故汽耗率 是动力装置的经济指标之一。
应用举例
例1：知朗肯循环中，蒸汽进入汽轮机的初压 p1=5MPa, 初温 t1=500℃，乏汽压力 p2=5kPa，不计水泵功耗。要 求：将朗肯循环表示在T-s图上，并求循环净功、加热 量、循环热效率及汽耗率。
蒸汽卡诺循环
但实际生产中并不采用蒸气卡诺循环。原因：
1. 因缺少压缩水气混合物(两相物质)的合适设备，故绝 热压缩过程难以实现； 2. 定熵膨胀末期，蒸汽湿度较大，对汽轮机工作不利； 3. 蒸气比体积比水大上千倍，压缩时设备庞大，耗功也 大； 4. 蒸汽卡诺循环仅限于湿蒸气区，上限温度受制于临界 温度，热效率不高，每循环完成的功也不大。
3.增加了过热器，蒸汽在过热器 中的吸热过程(6→1)也是定压 过程，提高了平均吸热温度， 从而提高了乏气的干度x，提高 了循环效率，也改善了汽轮机 的工作条件。
p 4 5 6 3
1
2 v
郎肯循环热效率的计算
1. 锅炉中的定压吸热过程(4→5→6→1)吸入的热量：
q1 h1 h4
2. 定熵膨胀过程(1→2)中工质(或汽轮机)做功：
3点对应的是饱和水， 由p2=5kPa查(附表14)，得
h3 h 137.72kJ/kg
s3 s 0.4763kJ/(kg.K)
4点对应的是未饱和水，
p4 p1 5MPa h4 h3 137.72 kJ kg
入口，过热蒸汽)
6
2 s
2 点：乏汽(汽轮机 出口，湿饱和蒸汽) 3 点：冷凝水(冷凝器 出口，饱和水) 4 点：给水(水泵出 口，未饱和水)
工程热力学(第五版)第6章.水蒸气练习题
第6章 水 蒸 汽7．1 本章基本要求理解水蒸汽的产生过程，掌握水蒸汽状态参数的计算，学会查水蒸汽图表和正确使用水蒸汽h -s 图。
掌握水蒸汽热力过程、功量、热量和状态参数的计算方法。
自学水蒸汽基本热力过程(§7-4)。
7．2 本章难点1．水蒸汽是实际气体，前面章节中适用于理想气体的计算公式，对于水蒸汽不能适用，水蒸汽状态参数的计算，只能使用水蒸汽图表和水蒸汽h-s 图。
2．理想气体的内能、焓只是温度的函数,而实际气体的内能、焓则和温度及压力都有关。
3．查水蒸汽h -s 图，要注意各热力学状态参数的单位。
7．3 例题例1：容积为0.63m 的密闭容器内盛有压力为3.6bar 的干饱和蒸汽，问蒸汽的质量为多少，若对蒸汽进行冷却，当压力降低到2bar 时，问蒸汽的干度为多少，冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少解：查以压力为序的饱和蒸汽表得：1p =3.6bar 时，"1v =0.51056kg m /3 "1h =2733.8kJ /kg蒸汽质量 m=V/"1v =1.1752kg查饱和蒸汽表得：2p =2bar 时，'2v =0.0010608kg m /3 "2v =0.88592kg m /3 '2h =504.7kJ /kg''2h =2706.9kJ /kg在冷却过程中，工质的容积、质量不变，故冷却前干饱和蒸汽的比容等于冷却后湿蒸汽的比容即： "1v =2x v或"1v =''22'22)1(v x v x +- 由于"1v ≈''22v x=≈"2"12v v x 0.5763 取蒸汽为闭系，由闭系能量方程 w u q +∆=由于是定容放热过程，故0=w所以 1212u u u q -=∆=而u =h -pv 故)()("11"1222v p h v p h q x x ---= 其中：2x h =''22'22)1(h x h x +-=1773.8kJ /kg则 3.878-=q kJ /kgQ=mq=1.1752⨯(-878.3) =-1032.2kJ例2：1p =50bar C t 01400=的蒸汽进入汽轮机绝热膨胀至2p =0.04bar 。
热力学 第6章 水蒸气
x
湿饱和蒸汽
1 干饱和蒸汽
8
四、饱和状态压力和温度的关系
1.吉布斯相律 吉布斯相律 对于多元（ 个组元 多相（ 个相 个组元） 个相） 对于多元（如k个组元）多相（如f个相） 元化学反应的热力系，其独立参数， 元化学反应的热力系，其独立参数，即 自由度 n = k – f + 2 水在液相（或固相、气相） 例：水在液相（或固相、气相） k =1， ， F =1，故n =1-1+2，此时压力，温度均可 ， ，此时压力， 独立变化。水在汽液共存时k = 1，f = 2， 独立变化。水在汽液共存时 ， ， 故n =1，此时压力和温度中仅有一个可 ， 自由变化。三相点： 自由变化。三相点：k =1，f = 3 故n = 0 ，
4
二、饱和状态(Saturated state) 饱和状态
当汽化速度=液化速度时， 当汽化速度 液化速度时，系统 液化速度时 处于动态平衡 宏观上气、 动态平衡， 处于动态平衡，宏观上气、液两相 饱和状态。 保持一定的相对数量—饱和状态 保持一定的相对数量 饱和状态。 饱和温度， 饱和状态的温度—饱和温度 饱和状态的温度 饱和温度，ts(Ts) (Saturated temperature) 饱和状态的压力—饱和压力 饱和压力， 饱和状态的压力 饱和压力，ps （Saturated pressure） ） 加热，使温度升高如 t'，保持定 加热， ， 系统建立新的动态平衡。 值，系统建立新的动态平衡。与之 对应， 变成 。 变成p 对应，p变成 s'。 所以
6
0.0 023 385 0.0 123 446 0.1 013 325
三、 几个名词
饱和液(saturated liquid)—处于饱和状态的液体 t = ts 处于饱和状态的液体： 饱和液 处于饱和状态的液体 干饱和蒸汽(dry-saturated vapor; dry vapor ) 干饱和蒸汽 —处于饱和状态的蒸汽 处于饱和状态的蒸汽：t = ts 处于饱和状态的蒸汽 未饱和液(unsaturated liquid) 未饱和液 —温度低于所处压力下饱和温度的液体 温度低于所处压力下饱和温度的液体：t < ts 温度低于所处压力下饱和温度的液体 过热蒸汽(superheated vapor) 过热蒸汽 —温度高于饱和温度的蒸汽 温度高于饱和温度的蒸汽：t > ts, t – ts = d 称过 温度高于饱和温度的蒸汽 热度(degree of superheat)。 热度 湿饱和蒸汽(wet-saturated vapor; wet vapor ) 湿饱和蒸汽 —饱和液和干饱和蒸汽的混合物 饱和液和干饱和蒸汽的混合物：t = ts 饱和液和干饱和蒸汽的混合物 使未饱和液达饱和状态的途径： 使未饱和液达饱和状态的途径：
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ptp 611.2Pa,T Ttp 273.16K v
思考题
1. 溜冰冰刀 2. 北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相
3. 有没有500º C的水？ 没有。t>374.16 ℃
4. 有没有-3 ℃ 的蒸汽？ 有 5. 一密闭容器内有水的汽液混合物，对其 加热，是否一定能变成蒸汽？
饱和线、三相线和临界点
作
6-1 6-3 6-4
业
第六章 水和水蒸气的性质
The property of water and vapor
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
p-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程
一点，二线，三区，五态
p
pc
C a3 b3 c3 d 3 e3 T Tc Tc a2 b2 c2 d 2 e2 Tc
a1 b1
p pc
T
p pc pc
C
c1
d1 e1
A
A B a a a3 1 2
b3 c3 d 3 d2 b2 c2 d1 c1 b1
T Tc e3 e2 e1
B
s
v
是其它实际气体的代表
本章主要内容
1. 实际工质的物性
2. 水蒸气的产生过程
3. 水蒸气图表的结构和应用
4. 水蒸气热力过程
蒸汽 Steam
水蒸气 Water Vapor
蒸气 Vapor
§ 6-1 纯物质的热力学面及相图
物质三种聚集状态：固态、液态、 气态
水的三态： 冰、
Pure substance Solid Liquid Gas Ice
饱和液线
临界点
饱和气线
p
三相线
饱和固线
v
T
汽相和液相
因固相不流动， 更关心汽液两相
过热器 锅 炉
汽轮机
发电机
冰蓄冷
凝 汽 器
给水泵
§6-2 汽化与饱和
汽化: 由液态变成气态的物理过程 (涉及化学变化)
Vaporization
蒸发：汽液表面上的汽化 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)
Boil
饱和状态Saturation state
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡 Saturation temperature 饱和温度Ts 一一对应 饱和压力ps Saturation pressure 放掉一些水，Ts不变， ps？ ps Ts Ts=100 ℃ ps=1.01325bar Ts=85.95 ℃ 青藏ps=0.6bar Ts=113.32 ℃ 高压锅ps=1.6bar
State of Liquid and vapor
未饱和液，过冷液 Subcooled liquid 压缩液 Compressed liquid
饱和液 Saturated liquid 饱和湿蒸气
Saturated liquid-vapor mixture 饱和蒸气 Saturated vapor 过热蒸气 Superheated vapor 汽化潜热 Latent heat of Vaporization
汽化
水预热
过热
水蒸气定压发生过程说明
(1) (2)
Q U W U pdV 只有熵加热时永远增加 U pV U ( pV ) H S Sf Sg 0
(3) 理想气体
h f (T )
实际气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加 h '' h ' 汽化潜热 (4) 未饱和水 过冷度 t过冷 ts t 过冷水 过热蒸汽 过热度 t过热 t ts
§6-3 水蒸气的定压发生过程
t < ts
未饱和水
t = ts
t = ts
t = ts
t > ts
v > v’’ h > h’’ s > s’’
饱和水 饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽 过热蒸汽
v < v’ h < h’ s < s’
v = v’ v ’< v <v’’ v = v’’ h = h’ h ’< h <h’’ h = h’’ s = s’ s ’< s <s’’ s = s’’
水、 蒸汽
Water Steam
热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态
的曲面
六个区：三个单相区、三个两相区 水的热力学面
单相区
液
气
固--液
两相区
液--气
p
p
固
v
T
固--气
T v
Saturation line
饱和液线
饱和线、三相线和临界点
Triple line
临界点
p
饱和气线
三相线
饱和固线
四个线：三个饱和线、一个三相线 一个点：临界点