【汽车精品】11水蒸气及蒸汽动力循环

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四、水蒸气的饱和状态
饱和状态——饱和区内，饱和水和饱和水蒸气共存的平衡状态。
饱和状态下，饱和水与饱和水蒸气的平衡是动态的平衡。
饱和温度与饱和压力关系确定。压力↑→饱和温度↑。如：
p＝0.010 8 kPa时 ts＝0 ℃ p＝101.325 kPa时 ts＝100 ℃
，
ts和ps之间的关系由实验或经验公式确， 定。
则有
L L L
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第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环
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过热热量q ——定压过热过程中所需的热量。
按能量转换关系，有
q h h
显然，将0.01℃的水加热变为过热水蒸气所需的热量，等于液体 热、汽化潜热与过热热量三者之和。而且整个水蒸气定压发生过程 及各个阶段中的加热量，均可用水和水蒸气的焓值变化来计算。
hx (1 x)h xh h x(h h) h xL
sx (1 x)s xs s x(s s)
vx (1 x)v xv v x(v v)
即干度x确定时，可用饱和水及干饱和蒸汽的状态参数，求得湿饱 和蒸汽相应状态的参数。
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第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环
饱和区内湿饱和蒸汽的温度ts与压力ps具有一定的函数关系，所 以两者只能作为一个独立参数。要确定湿饱和蒸汽的状态，还需另 一个独立参数，一般采用“干度”作为参数，但也可以是其他的状 态参数，如焓、熵、比体积中的任何一个。
干度x —湿饱和蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，即
x mv mv mw
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第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环
11-1 水蒸气的发生过程 11-2 水蒸气热力性质表和图 11-3 水蒸气的热力过程 11-4 朗肯循环 11-5 再热循环 11-6 回热循环 11-7 热电联产及蒸汽-燃气联合循环
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11-1 水蒸气的发生过程
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第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环
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三、水蒸气的p-v图和T-s 图
在p-v图和T-s图上，连接各定压线上所有开始汽化的各点，形 成下界线BC(饱和水线)。连接各定压线上所有汽化完毕的各点， 形成上界线AC(干饱和水蒸气线)。
临界点C —— 饱和水状态与干饱和蒸汽状态重合点，为水、汽 不分的状态。水蒸气的临界参数为 tc＝374.15℃ , pc＝22.120MPa , vc＝0.00317m3/kg
常把压力高于临界点的临界温度线作为“永久”气体与液体的分 界线。
水蒸气的相变图线，可以总结为一点(临界点)、二线(上界线、
下界线)、三区(液态区、 湿蒸汽区、气态区)和五 态(未饱和水状态、饱和 水状态、湿饱和蒸汽状 态、干饱和蒸汽状态、 过热蒸汽状态) 。
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第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环
下界线和上界线在临界点C相交，形成了为饱和曲线ACB所包围 的饱和区，在该区域内饱和水和饱和水蒸气共存，称为湿饱和蒸 汽，因此饱和区又称为湿蒸汽 区。
当压力高于临界压力pc时， 便不再发生水的定压汽化过程。
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水蒸气相变图线的分析
上、下界线表明了水汽化的始末界线，二者统称饱和曲线，它将p-v图和T-s图分为三个区域：液态区(下界线左侧)、湿蒸汽区(饱和曲线内)、汽态区 (上界线右侧)。
定压预热过程的能量转换关系为
q h h0.01 (u u0.01) p(v v0.01)
因v'≈v0.01，所以
q h h0.01 (u u0.01)
定压预热过程的压力越高，对应的饱和温度 也越高，水的液体热就越大水蒸气及蒸汽动力循环
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第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环
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饱和状态下状态参数的计算
湿饱和蒸汽是干饱和蒸汽与饱和水的混合物，其热力学能、焓、 熵及容积可表示为
U x U U ，
S x S S
H x H H ，
Vx V V
引入干度的关系式，可得
ux (1 x)u xu u x(u u)
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11-2 水蒸气热力性质表和图
水蒸气热力性质复杂，有关水蒸气的各种工程计算，常依赖各种 专用的水蒸气热力性质表和相应的图线。
工程中不需计算水蒸气u、h、s的绝对值，只需确定其变量，因 此可任选一个基准点。国际会议规定，水蒸气热力性质表图的编制 以三相点状态的液相水为基准点。
水的三相点的参数为
p＝0.611 2 kPa， v＝0.001 000 22 m3/kg T＝273.16 K
一、水蒸气的定压发生过程
a-b—0.01℃未饱和水→ts饱和水。t↑，v↑。
b-d—ts饱和水→ ts干饱和水 蒸汽。v↑， t和p均不变。
其间为汽液混合的湿饱和蒸 汽。
d-e—ts干饱和水蒸汽→ t过 热水蒸汽。t↑，v↑。
过热度D= t- ts
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热工计算仅需计算Δh及Δu，故可任取某状态作为计算基点。规 定水的三相点状态u＝0 kJ/kg 。
一般情况下，对温度为0.01℃时不同压力的水 ，取u0.01≈0 kJ/kg。压力不高时，对0.01℃时水，也可取h0.01≈0 kJ/kg。
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汽化潜热
水的定压汽化过程中，1kg饱和水汽化成为干 饱和水蒸气所需的热量称为汽化潜热L。
汽化过程的压力越高，汽化潜热的数值越小。 在临界压力下，汽化潜热为零。
定压汽化过程中的热量转换关系为
L h h (u u) p(v v)
定义：内汽化潜热L——汽化潜热中转变为热力学能的部分； 外汽化潜热 —L— 用于对外作功的部分。
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二、水蒸气发生过程中的能量关系
水蒸气定压发生过程的三个阶段： ①水的预热——未饱和水(0.01℃)→饱和水(ts)； ②水的汽化——饱和水(ts)→干饱和水蒸气(ts)； ③水蒸气的过热——饱和水蒸气（ts）→过热水蒸气(t)。
水的液体热q‘——水的预热过程中，使水由三相点温度0.01℃ 升高到饱和温度ts所需的热量。