工程热力学课件07

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第7章 水蒸气
7-1 水的相变及相图
7-2 水的定压汽化过程
7-3 水蒸气的状态参数和水蒸气表 7-4 水蒸气焓熵图及其应用 7-5 水蒸气的焓火用图
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水蒸气的焓火用图
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焓火用图的特点
定熵线：在焓火用图上定熵线永远是斜率 为1的直线。 定压线：
1）在焓火用图上，定压线一般地说是一条曲线。 2）当T>T0时, 表明工质在其温度高于环境温度时吸收 的热量，在任何情况下也只能是部分地而不是全部 地转变为其自身的火用。 3）当T=T0时, 工质在其温度等于环境温度的条件下吸 热或放热，均不会改变其自身的焓火用。 4）当T<T0时, 表明如果工质温度低于环境温度，吸收 热量反而会使其自身的焓火用值下降。
q u2 u1 (h2 h1 ) ( p2 p1 )v
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h-s图应用举例
w q u T ( s2 s1 ) (h2 h1 ) ( p2v 2 p1v1 )
wt q h T (s2 s1 ) (h2 h1 )
q Tds T (s2 s1 )
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焓火用图的特点
定温线：
焓火用图的定温线在高压区比定压线的斜率要 大。随着压力的降低，定温线的斜率增大，直 至无穷大然后变为负值。在压力很低时，工质 具有理想气体性质，焦耳-汤姆逊系数由负无穷 增大至零，定温线与定焓线重合，变成一条水 平线。
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压力对工质火用值的影响
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课后思考题
水的汽化潜热随压力如何变化？干饱和蒸 汽的比焓随压力如何变化？ 过热水蒸气经绝热节流后，其比焓、比熵、 温度如何变化？ 知道了湿饱和水蒸气的温度和压力就可以 确定水蒸气所处的状态吗？
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三相点
自然界中大多数纯物质以三种聚集态存在： 固相、液相和气相。 三相点：是固、液、汽三态共存的状态点。 每种纯物质的三相点的压力和温度都是唯 一确定的。 水的三相点: 温度273.16K 压力611.2Pa
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一些物质的三相点温度和压力
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饱和温度和饱和压力
液体 汽化 蒸发 ：任何温度下在液体表面进行的汽化 现象，温度愈高愈强烈。 沸腾 ：沸腾是在给定压力所对应的温度下发 生并伴随着大量汽泡产生的汽化现象。 饱和状态 ：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 。 饱和压力ps、饱和温度ts： ps 饱和蒸气 饱和液体 ts
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华北电力大学 能源与动力工程学院
第7章 水蒸气
7-1 水的相变及相图
7-2 水的定压汽化过程
7-3 水蒸气的状态参数和水蒸气表 7-4 水蒸气焓熵图及其应用 7-5 水蒸气的焓火用图
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第7章 水蒸气
7-1 水的相变及相图
7-2 水的定压汽化过程
Fra Baidu bibliotek7-3 水蒸气的状态参数和水蒸气表 7-4 水蒸气焓熵图及其应用 7-5 水蒸气的焓火用图
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sx xs 1 x s s x s s
v v'

未饱和水
湿蒸汽
0 x 1
v' v v' '
v v' '
过热蒸汽
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例题
利用水蒸气表计算： 1.已知ts=70℃,求ps、h/、h// 2.已知ps=2.5MPa，求ts、 h/、h// 3.已知t=180 ℃ ，p=0.5MPa,判断蒸汽的状态，并求h 4.已知ps=0.1MPa，x=0.8，求t、h 5.已知p=10MPa，t=526 ℃，求h、s 6.已知p=16.7MPa，t=543 ℃，求h 7.某火电机组，乏汽压力为0.005MPa,干度x=0.85，流量为 300t/h，乏汽在凝汽器中等压放热，凝结为饱和水，其热 量由循环水带走，设循环水的温升为7 ℃，循环水的比热 为4.1868kJ/(kg.k)，求循环水的流量。 8.在炉子上将一壶水有20℃烧开需要15分钟，问把这壶水烧 干还需要多长时间？
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第7章 水蒸气
7-1 水的相变及相图
7-2 水的定压汽化过程
7-3 水蒸气的状态参数和水蒸气表 7-4 水蒸气焓熵图及其应用 7-5 水蒸气的焓火用图
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水蒸气的焓熵图
C 临界点
定压线 定容线 定温线 定干度线 湿蒸汽区的 定压线就是 定温线
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h-s图应用举例
w0
wt v( p1 p2 )
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水和水蒸气表
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水和水蒸气表
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湿蒸汽的干度
1kg 湿蒸汽是由x kg干蒸汽和（1－x）kg饱 和水混合而成， vx xv 1 x v v x v v 注意 hx xh 1 x h h x h h 单位
1
2
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h-s图应用举例
w p(v2 v1 ) wt 0 q h2 h1
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h-s图应用举例
w u1 u2
wt h1 h2
q0
在热工计算中，遇到最多的是水蒸气的定压过程 (如锅炉中水蒸气的产生与冷凝器中水蒸气的凝结)和 绝热过程(蒸汽机或汽轮机中水蒸气的膨胀作功过程)。
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零点的确定
根据国际水蒸气会议规定，世界各国统一 选定水的三相点中液相水的热力学能和熵 为零 即对于t0=ttp= 0.01℃，p0=ptp=611.659Pa 的饱和水：u0/=0 kJ/kg s0/=0 kJ/(kg•k) h0/= u0/+p0v0/ =0+611.659×0.00100021=0.6117J/kg≈0
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临界状态的大比热容特性
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一点两线三区五态
一点：临界点 两线：饱和水线和饱和蒸汽线 三区：未饱和水区、湿蒸汽区、过热蒸汽 区 五态：未饱和水、饱和水、湿蒸汽、饱和 蒸汽、过热蒸汽
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第7章 水蒸气
7-1 水的相变及相图
7-2 水的定压汽化过程
7-3 水蒸气的状态参数和水蒸气表 7-4 水蒸气焓熵图及其应用 7-5 水蒸气的焓火用图
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饱和状态
使未饱和液达饱和状态的途径：
t , p
t ts p 保持p不变，t p ps t 保持t不变，p
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干度
定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用w或x表示。
x
m汽 m汽 m液
0
（湿度 y=1–x）
饱和液 湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽
x
1
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水的定压加热过程在p-v图和T-s图上的表示
ps f (ts )
水蒸气：ps＝0.101325 MPa，ts=100 º C
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第7章 水蒸气
7-1 水的相变及相图
7-2 水的定压汽化过程
7-3 水蒸气的状态参数和水蒸气表 7-4 水蒸气焓熵图及其应用 7-5 水蒸气的焓火用图
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水的定压加热汽化过程
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几个名词
饱和液—处于饱和状态的液体：t=ts 未饱和液 —温度低于所处压力下饱和温度的液体：t<ts 干饱和蒸汽—处于饱和状态的蒸汽：t=ts 湿饱和蒸汽—饱和液和干饱和蒸汽的混合物：t=ts 过热蒸汽—温度高于饱和温度的蒸汽：t>ts t–ts=d称过 热度
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蒸汽节流测量湿蒸汽的干度
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例题
利用焓熵图表计算 1.已知p=10MPa，t=530 ℃，求h、s 2.已知ps=0.1MPa，x=0.8，求t、h 3.已知t=180 ℃ ，p=0.5MPa,判断蒸汽的状态，并求h 4 p1=12MPa,t1=520 ℃,经绝热节流，p2=5MPa,求t2=? 5.设蒸汽在汽轮机内可逆绝热膨胀， p1=14MPa,t1=520 ℃, 乏汽压力为p2=10kPa,蒸汽流量为100t/h，求汽轮机的功 率？ 6.某火电机组，乏汽压力为0.006MPa,干度x=0.85，流量为 290t/h，乏汽在凝汽器中等压放热，凝结为饱和水，其热 量由循环水带走，设循环水的流量为9800t/h，循环水的 比热为4.1868kJ/(kg.k)，求循环水的温升?
临界状态 水的临界状态 pcr 22.064 MPa tcr 373.99 ℃
vcr 0.003106 m3/kg
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水的定压加热过程在p-v图和T-s图上的表示
临界点 饱和蒸汽线 饱和水线
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水蒸气发生过程
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临界状态特点
任何纯物质都有自己唯一确定的临界状态。 在p≥pcr下，定压加热过程不存在汽化段， 水由未饱和态直接变化为过热态。 当t>tcr时，无论压力多高都不可能使气体 液化。 在临界状态下，可能存在超流动特性。 在临界状态附近，水及水蒸气有大比热容 特性。