第6章 水蒸气的基本热力过程
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水蒸汽的hs图与基本热力过程
由于计算技术的发展，为适应计算机的使用，在第六届国际水和水蒸气会议上成立了国际公式化委员会(简称IFC)，该委员会先后发表了“工业用1967年IFC公式”和“科学用1968年IFC公式”。现在各国使用的水和水蒸气图表就是根据这些公式计算而编制的。工程上目前还广泛使用图表，因此本节介绍图表的构成及使用。
课目
水蒸汽的h－s图与基本热力过程
讲次
10
学时
2
教学方式
讲授
地点
教学目的
掌握水蒸汽的基本热力过程
教学重点
教学难点
水蒸汽的基本热力过程
教学方法与手段
课堂讲授
多媒体教学
教学保障要求
多媒体教学设备一套
教学过程设计
时间分配：
复习巩固3min
导入新课2min
讲授新课90min
水蒸汽的h－s图35min
水蒸汽的基本热力过程55min
内容总结5min
教学过程设计
课后练习或辅导安排
阅读参考资料
课后小结与教学反馈
讲稿
课目
水蒸气的h－s图与基本热力过程
讲次
10
讲 稿 正 文
批注
水蒸气的表和图
一、水蒸气表
水蒸气的参数均系用实验和分析方法求得，一般列成数据表以供工程计算用。由于各国在进行实验建立水蒸气状态方程式时所采用的理论与方法不同，测试技术有差异，其结果也不免有异。为此，通过国际会议的研究和协商制定了水蒸气热力性质的国际骨架表。1963年召开的第六届国际水和水蒸气性质会议规定水的三相点的液相水的热力学能和嫡值为零，并且以此为起点编制的骨架表的参数已达100 MPa和800℃。1985年第十届国际水蒸气性质大会公布了新的骨架表，规定了新的更严格的允差。此项研究还在继续进行，参数范围还在不断扩大。
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水蒸汽的h－s图与基本热力过程
讲次
10
学时
2
教学方式
讲授
地点
教学目的
掌握水蒸汽的基本热力过程
教学重点
教学难点
水蒸汽的基本热力过程
教学方法与手段
课堂讲授
多媒体教学
教学保障要求
多媒体教学设备一套
教学过程设计
时间分配：
复习巩固3min
导入新课2min
讲授新课90min
水蒸汽的h－s图35min
水蒸汽的基本热力过程55min
内容总结5min
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课后小结与教学反馈
讲稿
课目
水蒸气的h－s图与基本热力过程
讲次
10
讲 稿 正 文
批注
水蒸气的表和图
一、水蒸气表
水蒸气的参数均系用实验和分析方法求得，一般列成数据表以供工程计算用。由于各国在进行实验建立水蒸气状态方程式时所采用的理论与方法不同，测试技术有差异，其结果也不免有异。为此，通过国际会议的研究和协商制定了水蒸气热力性质的国际骨架表。1963年召开的第六届国际水和水蒸气性质会议规定水的三相点的液相水的热力学能和嫡值为零，并且以此为起点编制的骨架表的参数已达100 MPa和800℃。1985年第十届国际水蒸气性质大会公布了新的骨架表，规定了新的更严格的允差。此项研究还在继续进行，参数范围还在不断扩大。
水蒸气的热力性质和热力过程
水蒸气的热力性质和热力过程水蒸气是水在升温和转化成气态时所形成的物质。
它具有一系列的热力性质和热力过程，对于理解水蒸气的特性和应用都非常重要。
首先，水蒸气的热力性质可以通过热容、比热容、蒸发潜热和饱和水蒸气压等参数来描述。
热容是指物质在吸收或释放热量时，温度的变化程度。
对于水蒸气来说，它的热容随着温度的升高而增加，这是因为水蒸气的分子间作用力较小，因此吸收热量后分子运动更活跃，温度升高的速率更快。
比热容是指单位质量物质温度升高一个单位时所吸收的热量，对于水蒸气来说，其比热容比水要小。
其次，水蒸气的热力过程包括等容过程、等压过程、准静态过程等。
等容过程是指在恒容条件下，水蒸气吸收或释放热量，而温度发生变化。
等压过程是指在恒压条件下，水蒸气吸收或释放热量，而温度发生变化。
准静态过程是指在过程中系统处于平衡状态，及时微小的温度波动也会使系统不再处于平衡状态。
水蒸气还具有一个重要的性质就是饱和水蒸气压。
饱和水蒸气压是指在一定温度下，液态水和水蒸气达到动态平衡时，水蒸气对应的压力。
饱和水蒸气压与温度之间存在着密切的关系，在一定温度范围内，饱和水蒸气压随着温度的升高而增加。
这个关系可以通过饱和水蒸气压与温度的对数关系来描述，即饱和水蒸气压-温度曲线。
这个曲线在一定条件下是稳定的，不会出现温度降低而饱和水蒸气压增加的情况。
水蒸气的热力过程在许多工业和自然现象中都有重要的应用。
例如，在汽轮机中，水的热力能被转化为机械能；在冷凝器中，水蒸气被冷却并变成液态水，释放出大量的热量，用于加热其他物质；在天气系统中，水的蒸发和凝结过程是形成云、降雨、雪等气象现象的基础。
综上所述，水蒸气具有一系列的热力性质和热力过程，对于理解其特性和应用具有重要意义。
我们可以通过热容、比热容、蒸发潜热和饱和水蒸气压等参数来描述水蒸气的热力性质。
水蒸气的热力过程包括等容过程、等压过程和准静态过程等。
这些性质和过程对于水蒸气在工业、自然现象中的应用都有重要的意义。
热工基础——水蒸气的热力性质和过程
2
pdv
1
pv2 v1
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。
4、临界点上的比汽化潜热为零，即汽化在一瞬间完成。
第三节 水蒸气表
饱和水与饱和水蒸气表、未饱和水与过热蒸汽表
一、饱和水与饱和水蒸气表
1. 按温度排列，附表2
tp, v’，h’，s’， v”，h”，s” 2. 按压力排列，附表3
cp cv R
水蒸汽的热力学能、焓和熵通过查图和表求得。
第二节 水的定压汽化过程和
水蒸气的p-v图及T-s图
汽化和液化
蒸发 汽化
沸腾
一、饱和温度和饱和压力
饱和状态 相应的温度和压力称为饱 和温度（ts）和饱和压力， 两者一一对应。 ts =f(P)
饱和蒸汽 饱和水
二、水的定压汽化过程
容器中装有1kg水， p 0.1MPa ta 0C va 0.001 m3 kg
v’,v”
v >v” 过热蒸汽
Sx，hx
2、根据状态查相应的图或表，湿蒸汽查饱和水与饱和蒸 汽表，再利用干度公式求出。
3、热力学能利用公式u=h-pv求得。
例 P=0.5Mpa，v=0.36m3/kg，确定状态，并求出温 度、比焓、比热力学能和比熵。
解查：饱和水与饱和蒸汽表 ts=151.85C，v’=0.0010928m3/kg， v”湿=0蒸.3汽7481xm 3v/kvg' 0.96
处于平衡态单相均匀系= f ( p或 T )。v’，u’，h’，s’ （3）d：干饱和蒸汽，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”
工程热力学水蒸汽的热力性质
一点(临界点) 二线(饱和水线、干饱和蒸汽线) 三区(未饱和水区、湿蒸汽区、过热蒸汽区) 五态(未饱和水状态、饱和水状态、湿蒸汽状态、干饱和
蒸汽状态、过热蒸汽状态) 水蒸气热力性质图结构特征口诀
“ 一点连双线，三区五态 含 ”
28
5-3 水蒸气的热力性质图表
一、水和水蒸气的热力性质表 包括两种表：
17
二、水蒸气的p-v图和T-s图
将各种压力下水蒸气的定压产生过程线集中表示在 p-v图和T-s图上而得到。
压力升高对汽化过程的影响 p升高（ts升高）：v0基本不变（水的可压缩性极小）； v′增大（因水的膨胀性大于压缩性）； v″减小（因汽的压缩性大于膨胀性）；
18
5-2 水蒸气的定压产生过程
24
5-2 水蒸气的定压产生过程
三、高参数水蒸气对锅炉设备的影响
温度提高的影响
——过热器的受热面积增大， 对材料耐热性能要求高。
压力提高的影响
——液体热和过热热的比例增 大，汽化热的比例缩小，所以 要求：省煤器和过热器受热面 增大，而水冷壁受热面减小。
25
课 堂 问 答
1、为什么现代高参数锅炉广泛设置顶棚过热器和 屏式过热器？
ps上升， ts上升
ts上升， ps上升
一一对应
饱和温度 32.88 ℃ 100 ℃ 179.88 ℃ 365.71 ℃
水
如青藏高原：ps=0.06MPa
ts=85.95 ℃
使水汽化的方法： 1）加热升温；2）降压扩容。
9
5-2 水蒸气的定压产生过程
5-2 水蒸气的定压产生过程
一、水蒸气的定压产生过程
饱和水与干饱和蒸汽的热力性质表；
未饱和水与过热蒸汽的热力性质表.
(优选)热工基础水蒸气图表及热力过程
定压过程的参数坐标图
15
二、绝热过程
水蒸气在汽轮机内的膨胀过程、水在水泵中的升压过程等， 在忽略热交换的条件下，都是绝热过程。如果在绝热过程中不 考虑摩擦等不可逆因素，则是定熵过程。定熵过程中关注的是 工质所做技术功的多少。
16
1）确定初、终状态参数 根据已知条件以及过程特点s1=s2，利用图或者表确定
数确定终态及终态的其他参数。
3）将过程及状态表示在p-v、T-s、h-s图上。
4）根据已求得的初、终态参数，应用热力学基本定律计
算热量和功量。
11
一、定压过程
锅炉各换热器内的吸热过程，给水在回热器内的加热过程， 凝汽器中乏汽的放热过程等，在忽略流动压损的条件下，均可 近似地看做定压过程。
12
一、定压过程
8
三、水蒸气的焓熵图
1）：h-s图的结构 h-s图是以焓h为纵坐标，以熵s为横坐标构成的，其分部的 区域多为湿蒸汽和过热蒸汽区：
水蒸气的焓熵图
9
2） h-s图的使用 ①、使用之前，应熟悉每一线群表示的参数单位，清楚 参数单位的分度大小。 ②、根据两个独立的状态参数，在h-s图上找交点。该交 点就是需要确定的状态点，然后读出过该点的相关参数值。
定压过程计算的是工质与外界交换的热量。 1）确定初、终状态参数 根据已知初状态的两个独立状态参数，查水蒸气图和表， 确定其初状态以及未知的其他参数；由过程特点p=常数和终态 点的一个状态参数，确定终状态点及终状态参数。 2) 水蒸气定压过程的参数坐标图 水蒸气定压过程在p-v、T-s、h-s图上的表示如下图所示。
10
第四节水蒸气的热力过程
研究水蒸气的热力过程的目的与分析理想气体热力过程一
样，即为:①确定过程的初态与终态的参数； ②计算过程中的
第六章 水蒸气的热力学性质及过程
本章小结：
1。基本概念： （1）汽化、凝结（2）饱和状态（饱和温度、饱和压力） （3）过冷度（过冷水）、过热度（过热蒸汽） （4）液体热、过热热、汽化潜热、干度、临界点 （5） 一点、两线、三区、五态 2。基本原理： （1）水的定压汽化过程(三个阶段：定压预热、定压汽化、定压过热）
（2）水蒸汽的P-V图、T-S图(一点、两线、三区、五态)
e
d
v
s
p T a b va c d e v Ts a s0 s’ sx s” s s b c d e
v’
vx
v” v
五个状态：
（1）a：未饱和水（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，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’
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。 4、临界点上的比汽化潜热为零，即汽化在一瞬间完成。
p
T a b
ห้องสมุดไป่ตู้
三个阶段： 1）定压预热阶段a-b：未饱和水变为饱和水。比液体热：
ql c p dt h ho 面积 abs so a
0
tS
2）定压汽化阶段b-c-d：饱和水变为干饱和蒸汽，既是定压又是 定温的相变加热过程。比汽化潜热：
r h"h' 面积bds s b
工程热力学蒸汽的流动
c2 ' c2
h2
h2
/
2
2'
x=1
0
s
21
6-4 绝热节流及其应用
一、绝热节流的概念
流体流经阀门、孔板等装置时，由于局部阻力较 大，使流体压力明显下降，称为节流现象。如果节 流过程是绝热的，则为绝热节流，简称节流。
二、节流过程的特点
1 3 2
1、过程的基本特性： （1）节流过程是典型 的不可逆过程； （2）绝热节流前后焓 值相等。
第一篇
工程热力学
第六章 蒸汽的流动
新课引入
前面讨论的热力系中所实施的热力过程，一般都没有考 虑工质流动状况(如流速)的改变。但在有些热力设备中， 能量转换是在工质的流速和热力状态同时变化的热力过程 中实现的。如蒸汽在汽轮机中喷管内的流动过程；气体在 叶轮式压气机中扩压管内的流动过程等，其能量转换的规 律需专门研究，为以后汽轮机专业课的学习奠定一定的理 论基础知识。
h
节流前汽轮机按1-2进行：
p1
/
p1
t1
/
wt=h1-h2 wt′=h1′-h2′ 由于h1=h1′及h2′>h2， 则有 wt′<wt
h1Hale Waihona Puke h11t1/
1'
节流后汽轮机按1′-2′进行：
p2
h2
/
h2
2' 2
x=1
0
s
虽然蒸汽绝热节流后，焓不变，1kg蒸汽的总能量的数量 没变，但其作功能力降低了。
14
工程中常用的喷管型式为：渐缩喷管和缩放喷管
15
Ma<1
Ma<1
Ma>1
渐缩喷管
工程热力学第六章水蒸气
汽液表面上的汽化汽化63液体分子脱离其表面的汽化速度汽体分子回到液体中的凝结速度这时液体与蒸汽处于动态平衡状态称为饱和状态ppss饱和水饱和蒸汽饱和压力饱和温度一一对应未饱和水饱和水饱和湿蒸汽饱和干蒸汽过热蒸汽水预热汽化过热63未饱和水过冷度过冷水过热蒸汽过热度过热63kjkgk0006112001000100022206175996300010434169461302736085015185000109280374811860682155002639200012858003941292095971222129374150003200032644294429bar6363定压加热线与饱和液线相近的说明当忽略液体cdupdv不同的p液体近似不可压v不变对每个不变的t63一点
第六章 小 结
1、熟悉pT相图 2、熟悉1点2线3区5态 3、会查图表 4、基本热力过程在p-v、T-s、h-s图上的表
示，会计算 q、wt
" '
y xy" (1 x ) y '
y y x " y y'
'
已知p或T (h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+ 干度 x
h ,v ,s
6-4
两相比例由干度x确定
定义
干饱和蒸汽质量 mv x ＝ 湿饱和蒸汽质量 mv mf
对干度x的说明：
干饱和蒸汽
饱和水
x = 0 饱和水 0≤x ≤1
干饱和蒸汽质量 mv x ＝ 湿饱和蒸汽质量 mv mf
对干度x的说明：
干饱和蒸汽
饱和水
x = 0 饱和水 0≤x ≤1
x=1
汽
干饱和蒸
在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义
第六章 小 结
1、熟悉pT相图 2、熟悉1点2线3区5态 3、会查图表 4、基本热力过程在p-v、T-s、h-s图上的表
示，会计算 q、wt
" '
y xy" (1 x ) y '
y y x " y y'
'
已知p或T (h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+ 干度 x
h ,v ,s
6-4
两相比例由干度x确定
定义
干饱和蒸汽质量 mv x ＝ 湿饱和蒸汽质量 mv mf
对干度x的说明：
干饱和蒸汽
饱和水
x = 0 饱和水 0≤x ≤1
干饱和蒸汽质量 mv x ＝ 湿饱和蒸汽质量 mv mf
对干度x的说明：
干饱和蒸汽
饱和水
x = 0 饱和水 0≤x ≤1
x=1
汽
干饱和蒸
在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义
工程热力学第11讲-第6章热力循环
2
2'
s
乏汽压力对朗肯循环热效率的影响
t1 , p1不变，p2 ↓
T
1
优点： •T2 ↓ ηt ↑ 4
5
6
缺点： 3 •p2↓ 受环境限制 •现在大型机组p2为3.5~5kPa， 相应的饱和 温度约为27~ 33℃ ，已接近可能达到的最低 限度。 •冬天热效率高
4'
2
3'
2'
s
提高循环热效率的途径
' 2
' h2 h2
t,RG t
物理意义： kg工质100%利用,1- kg工质效率未变。
蒸汽抽汽回热循环的特点
优点： 提高热效率 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面 可兼作除氧器 缺点： 循环比功减小，汽耗率增加 增加设备复杂性 回热器投资 小型火力发电厂回热级数一般为1～3级，中大型火力发电厂 一般为 4～8级。
蒸汽回热循环热效率计算
T 吸热量： 1
1kg
6 kg a
q1,RG h1 h5 h1 ha'
放热量：
4
3
5
(1- )kg 2
q2,RG 1 h2 h2'
净功： s
wRG h1 ha 1 ha h2
热效率：
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤 气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好环保性能， 是一种有发展前景的洁净煤发电技术。
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
工程热力学-06 水蒸气的热力性质
(t
−
ts
)
=
c
p
t ts
D
6-2 水蒸气的产生过程
• 水蒸气在定压过热过程中吸收的热量也等
于焓的增加：
（64;
• 式中，h一定压力为p、温度为t时过热水蒸气的 焓。过热水蒸气的焓为
h = h"+ q" = h0 + q '+ r + q"
（6-15）
6-2 水蒸气的产生过 程
蒸发热(液体温度越低，蒸发热越高)
蒸发制冷
1
2、饱和状态
逸出的分子数 = 被液面俘获的分子数
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
饱和状态：汽化和液化达到动态平 衡共存的状态
饱和水、饱和水蒸气 饱和液体、饱和蒸气
饱和温度Ts 饱和压力ps
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
§6-2 水蒸气的定压发生过程
t < ts
t = ts t = ts
t = ts
t > ts
未饱和水 饱和水 饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽 过热蒸汽
v < v’ v = v’ v ’< v <v’’ v = v’’ v > v’’ h < h’ h = h’ h ’< h <h’’ h = h’’ h > h’’
(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 ' = γ 汽化潜热
(4) 未饱和水 过冷度 Δt过冷 = ts − t 过冷水
过热蒸汽 过热度 Δt过热 = t − ts
第六章 水蒸气的热力学性质及过程
水蒸气的p 图和T 三、水蒸气的p-v图和T-s图
p
未 饱 和 水 区
C
过热蒸汽区
T x=1
未 饱 和 水 区
C
过热蒸汽区
x=0
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。 4、临界点上的比汽化潜热为零，即汽化在一瞬间完成。
第六章 水蒸气的热力性质和过程
第一节 概述 第二节 水的定压汽化过程和 水蒸气的p 图及T 水蒸气的p-v图及T-s图 第三节 水蒸气表 第四节 水蒸气的h-s图 水蒸气的h 第五节 水蒸气的基本热力过程
基本要求： 基本要求：
1。熟练掌握水蒸汽的有关基本概念： 。熟练掌握水蒸汽的有关基本概念： （1）饱和水（饱和温度、饱和压力） ）饱和水（饱和温度、饱和压力） ）、过热度 （2）过冷度（过冷水）、过热度（过热蒸汽） ）过冷度（过冷水）、过热度（过热蒸汽） （3）液体热、过热热、汽化潜热、干度、临界点 ）液体热、过热热、汽化潜热、干度、 （4） 一点、两线、三区、五态 ） 一点、两线、三区、 2。熟练掌握水蒸汽的热力性质、水定压汽化过程和水蒸汽的 。熟练掌握水蒸汽的热力性质、 P-V图、T-S图 图 图 3。掌握水蒸汽表和利用水蒸汽表进行五态的相关基本计算 。 4。掌握水蒸汽的h-S图和基本热力过程计算 。掌握水蒸汽的 图和基本热力过程计算
例 P=0.5Mpa，v=0.36m3/kg，确定状态，并求出温度、 ，确定状态，并求出温度、 比焓、比热力学能和比熵。 解： 查饱和水与饱和蒸汽表 ts=151.85°C，v’=0.0010928m3/kg，v”=0.37481m3/kg 湿蒸汽
热力学第六章
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
s4 s3 0.4763kJ/(kg.K)
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：
制热
动力
T2 环境温度
T0
制冷
T2
s
热力循环其它分类
气体动力循环：空气为主的燃气 1. 按工质 如燃气轮机等，按理想气体处理 蒸汽动力循环：以水蒸气为主 如蒸汽轮机等，按实际气体处理 2. 按燃料燃 烧方式分 内燃式：燃料在内部燃烧，燃气即工质，
如内燃机、燃气轮机等。
外燃式：燃料在外部燃烧，燃烧放出的热
为克服蒸汽卡诺 循环的缺陷，工 程实际中学常用 朗肯循环
朗肯循环
朗肯循环(Rankine Cycle)
朗肯循环系统工作原理
蒸汽过 热器 锅 炉 汽轮机 四个主要装置： 锅炉 汽轮机 发电机 凝汽器 给水泵 凝汽器
给水泵
蒸汽电厂示意图
朗肯循环(Rankine Cycle)
二、蒸汽动力循环系统的简化(理想化)
h2 h x h h 137 kJ kg
例1：朗肯循环，蒸汽进入汽轮机初压 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Ts图上，并求循环净功、加热量、循环热效率及汽耗率。
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
s4 s3 0.4763kJ/(kg.K)
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：
制热
动力
T2 环境温度
T0
制冷
T2
s
热力循环其它分类
气体动力循环：空气为主的燃气 1. 按工质 如燃气轮机等，按理想气体处理 蒸汽动力循环：以水蒸气为主 如蒸汽轮机等，按实际气体处理 2. 按燃料燃 烧方式分 内燃式：燃料在内部燃烧，燃气即工质，
如内燃机、燃气轮机等。
外燃式：燃料在外部燃烧，燃烧放出的热
为克服蒸汽卡诺 循环的缺陷，工 程实际中学常用 朗肯循环
朗肯循环
朗肯循环(Rankine Cycle)
朗肯循环系统工作原理
蒸汽过 热器 锅 炉 汽轮机 四个主要装置： 锅炉 汽轮机 发电机 凝汽器 给水泵 凝汽器
给水泵
蒸汽电厂示意图
朗肯循环(Rankine Cycle)
二、蒸汽动力循环系统的简化(理想化)
h2 h x h h 137 kJ kg
例1：朗肯循环，蒸汽进入汽轮机初压 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Ts图上，并求循环净功、加热量、循环热效率及汽耗率。
第06章 水蒸气性质
第六章 水蒸气的热力性质
1
主要内容
水蒸气热力性质 水蒸气产生过程 水蒸气热力性质图表 水蒸气热力过程
2
6-1 水蒸气的饱和状态
汽化 – 液体转变为汽体的过程 液化 – 蒸汽或气体转变为液体的过程 蒸发 – 液体表面在任何温度进行的缓慢汽过程
饱和状态是汽化和液化达到动态平衡共存的状态 液化的微观机制 汽化的微观机制（动画） 动画）
19
6-2 水蒸气的产生过程
水的汽化潜热可由实验测定。 水的汽化潜热可由实验测定。压力愈 高，汽化潜热愈小，而当压力达到临界 压力时，汽化潜热变为零（见图6 压力时，汽化潜热变为零（见图6-4） 表6-2不同压力下水的汽化潜热
压力 p/MPa
0.01 0.1 1 5 10 20 585.9 22.064=pc 0
18
6-2 水蒸气的产生过程
2、饱和水变为饱和水蒸汽的定压汽化过程 使1kg饱和水在一定压力下完全变为相同 kg饱和水在一定压力下完全变为相同 温度的饱和水蒸气所需加入的热量称为水 的汽化潜热，用符号r表示。 的汽化潜热，用符号r表示。在温熵图上汽 化 潜热则相应于水平线段下的矩形面积：
（6-6）
33
6-3 水蒸气图表
水蒸气热力性质图结构特征口诀
- “一点连双线三区五态含”： 一点连双线三区五态含” 一点 – 临界点 双线 – 饱和水线、饱和水蒸气线 三区 – 未饱和水区、饱和蒸汽（湿蒸汽、两相）区、
过热水蒸气区
五态 – 未饱和水态、饱和水态、湿蒸汽态、饱和水蒸
汽态、过热水蒸气态
34
6-3 水蒸气图表
2、水蒸气热力性质表 “饱和水与饱和水蒸气性质表” 饱和水与饱和水蒸气性质表” “未饱和水与过热水蒸气性质表” 未饱和水与过热水蒸气性质表”
1
主要内容
水蒸气热力性质 水蒸气产生过程 水蒸气热力性质图表 水蒸气热力过程
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6-1 水蒸气的饱和状态
汽化 – 液体转变为汽体的过程 液化 – 蒸汽或气体转变为液体的过程 蒸发 – 液体表面在任何温度进行的缓慢汽过程
饱和状态是汽化和液化达到动态平衡共存的状态 液化的微观机制 汽化的微观机制（动画） 动画）
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6-2 水蒸气的产生过程
水的汽化潜热可由实验测定。 水的汽化潜热可由实验测定。压力愈 高，汽化潜热愈小，而当压力达到临界 压力时，汽化潜热变为零（见图6 压力时，汽化潜热变为零（见图6-4） 表6-2不同压力下水的汽化潜热
压力 p/MPa
0.01 0.1 1 5 10 20 585.9 22.064=pc 0
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6-2 水蒸气的产生过程
2、饱和水变为饱和水蒸汽的定压汽化过程 使1kg饱和水在一定压力下完全变为相同 kg饱和水在一定压力下完全变为相同 温度的饱和水蒸气所需加入的热量称为水 的汽化潜热，用符号r表示。 的汽化潜热，用符号r表示。在温熵图上汽 化 潜热则相应于水平线段下的矩形面积：
（6-6）
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6-3 水蒸气图表
水蒸气热力性质图结构特征口诀
- “一点连双线三区五态含”： 一点连双线三区五态含” 一点 – 临界点 双线 – 饱和水线、饱和水蒸气线 三区 – 未饱和水区、饱和蒸汽（湿蒸汽、两相）区、
过热水蒸气区
五态 – 未饱和水态、饱和水态、湿蒸汽态、饱和水蒸
汽态、过热水蒸气态
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6-3 水蒸气图表
2、水蒸气热力性质表 “饱和水与饱和水蒸气性质表” 饱和水与饱和水蒸气性质表” “未饱和水与过热水蒸气性质表” 未饱和水与过热水蒸气性质表”
第六章 水和水蒸气的性质
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
At the equilibrium state, the pressure corresponding to only one temperature. That is, . Saturation temperature 饱和温度Ts 饱和压力ps Saturation pressure
6.3.1 P=constant (压力 p 是定值)
§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’’
过热
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’’
(气体和液体均处在饱和状态下)
Evaporation occurs at any temperature and pressure. （蒸发可在任何温度和压力下发生．） Evaporation rate depends on the free surface area, the temperature, the flow rate above, etc. （蒸发的速度与自由液面表面积，液体温度，液面风速等有关．
t ts
t
v
t过热 t ts
注意：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
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四、绝热过程
可逆绝热过程
w u q0 u h2 h1 ( p2v2 p1v1 ) wt h
5
不可逆绝热过程
6
§6-3 蒸气的图表
水蒸气表
1.按温度排列的饱和水与饱和蒸汽表 以饱和温度为独立变量 参数范围为三相点至临界点 2.按压力排列的饱和水与饱和蒸汽表 以饱和压力为独立变量 3.按压力和温度排列的未饱和水与过热蒸汽表 以压力和温度作为独立变量，Ｖ、h、s为其函数 可查得未饱和水数据与过热蒸汽数据
1
水蒸气焓熵图
四、定容过程
w pdv 0 q u u h2 h1 v( p2 p1 ) wt vdp v( p1 p2 )
4
三、定温过程
q T ( s2 s1 ) u h2 h1 ( p2v2 p1v1 ) w q u wt q h
二、分析蒸汽热力过程的步骤
(1) 用蒸汽图表由初态两个已知参数求得其它状态参数
(2) 根据热力过程性质，加上终态参数确定过程进行的方向和终态 (3) 根据初、终状态参数，应用热力学第一、第二定律计 h h2 h1 u h2 h1 p(v2 v1 ) w q uw p(v2 v1 ) wt vdp 0
下界：饱和水状态曲线 上界：饱和蒸汽状态曲线 定干度线：干度等于常数的线 所有定干度线汇合于临界点 包括x=0的饱和液体线和x=1 的饱和蒸汽线。
饱和蒸汽区域汽化过程：温度、压力保持不变，则湿蒸汽区域过同一点定
压线与定温线重合且斜率保持不变为湿蒸汽热力学温度 过热蒸汽区域，定压线较陡，随着温度升高压力降低，蒸汽接近理想气体
特性，定温线趋于水平直线
2
§6-4 水蒸气的热力过程
一、水蒸气与理想气体基本热力过程的计算
相同点 需确定：(1) 过程初态与终态参数； (2) 过程中热量、功量以及热力学能的变化量。 不同点 (1) 涉及理想气体状态方程的公式不适用于分析蒸汽热力过程 (2) 蒸汽的各热力参数不是温度单值函数，应利用蒸汽性质图 表结合热力学基本关系式计算蒸汽热力过程。