工程热力学第三版电子教案第7章
工程热力学(第三版)习题答案全解可打印第七章
93
第七章 水蒸气
D = t − t3 = 400 o C − 234 o C = 166 ° C 。
7-4 已知水蒸气的压力为 p = 0.5MPa ， 比体积 v = 0.35m3 / kg ， 问这是不是过热蒸汽？如果 不是，那是饱和蒸汽还是湿蒸汽？用水蒸气表求出其它参数。 解：利用水蒸气表 p = 0.5MPa 时， v′ = 0.0010925m3 / kg 、 v′′ = 0.37486m3 / kg ， 因 v′ < v < v′′ 据同一表 所以该水蒸气不是过热蒸汽而是饱和湿蒸汽。
ψ = qm q = 10000kg/h × 2966.93kJ/kg = 2.967 × 107 kJ/h
设每小时锅炉耗煤 mkg，则
ηt =
ψ
mQ p
m=
ψ η BQp
=
2.967 × 107 kJ/h = 1281kg/h 2.97 × 104 kJ/h × 0.78
o
7-6 1kg 蒸汽， p1 = 3MPa、t1 = 450 C ，绝热膨胀至 p2 = 0.004MPa ，试用 h-s 图求终点状 态参数 t2、v2、h2、s2 并求膨胀功和技术功 wt 。 解： 由 h-s 图查得： h1 = 3345kJ/kg 、 v1 = 0.108m / kg 、 s1 = 7.082kJ/(kg ⋅ K) ；
h = h′ + x(h′′ − h′) = 762.84kJ/kg + 0.95 × (2777.67 − 762.84)kJ/kg = 2676.9kJ/kg
工程热力学第七章水蒸气教案
1） 第七章 水蒸汽） 水蒸气是工程上应用较广泛的一种工质，例如蒸汽动力装置、压气式制冷装置都是以水蒸气作为工质来实现热能→机械能相互转化的。
这些动力装置也可用燃气或其他工质代替，那为什么要用水蒸汽呢？原因如下） 1、水蒸气容易获得，只要通过水的定性加热即可获得。
） 2、有事宜的热力状态参数，靠卡诺循环、朗肯循环） 3、不会污染环境） 由于水蒸汽处于离液态较近的状态，常有集态现象而且，物理性质也很复杂，所以不能把它看作是理想气体，理想气体的状态方程式以及由它推导的其他计算公式一般都不能用来分析和计算水蒸汽。
所以必须对水蒸汽的性质另行研究。
） 这章重点研究：1、水蒸汽产生的一般原理） 2、水蒸汽状态参数确立） 3、水蒸汽图表的结构及应用） 4、计算水蒸汽热力过程中的,q w ）） 7—1 基本概念和术语） 1、汽化：物质有液态转化为气态的过程。
） 蒸发：在液态表面上进行的汽化过程，在任何温度下进行） 汽化的形式沸腾：在液体内部和表面同时进行剧烈的汽化现象。
沸腾时温度保持不变解释：蒸发在任何温度下都可进行，它是由于液体表面总有一些能量较高的分子，克服临近分子的引力而脱离叶面，逸入液体外的空间，t 越高，能量较大的分子越多，蒸发愈激烈，汽化速度取决于温度。
沸腾时，实在液体内部产生大量的汽泡。
汽泡上升到液面，破裂而放出大量的蒸汽， 工业上用的蒸汽都是通过沸腾的方式获得，液体在沸腾时温度不变，虽加热也保持不变，且液体和气体的温度相同。
沸腾时的温度叫沸点。
()ts f p =2、液化：蒸汽转变为液体的现象，液化和汽化时相反的过程，他取决于(p)3、饱和状态：当液体和蒸汽处于动平衡的状态解释：当液体在有限的密闭空间里汽化时，不仅液体表面的液体分子蒸发到空间去，而空间的蒸汽分子也会因分子密度大，压力增大，撞击到液体表面回到液体中， 当液面上空的蒸汽分子密度达到一定程度时，在单位时间内逸出液面和回到液面的分子数相等时，蒸汽和液体的无量保持不变，汽、液两相处于动平衡状态。
工程热力学第7章 水蒸汽
"
"
"
v x v v 1 x h h x h h 1 x s s x s s
1 x v '
'
'
"
'
'
'
"
'
'
"
'
h x pv
g
ml m g
；湿度，
Y
l
ml m g
其中，mg—湿蒸汽中饱和蒸汽质量 ml—湿蒸汽中饱和水质量 显然 X+ Y=1 状态4—干饱和蒸汽：这时 t t , X 1 全部水均汽化为水蒸汽 状态5—过热蒸汽：这时蒸汽的温度高于它 的压力所对应的饱和温度，用 过热度表示两者之关系 t t t s
x
（4）压力为P的过热蒸汽，确定过热蒸汽的状
态，除压力外，还应知道其过热度（△t）， 则过热蒸汽 焓 内能
h h
"
C pv
p ,g
t
ts
h
"
C
p ,g
t
u h s s
"
T
C
dT
p ,g
Ts
T T
s
"
C
p ,g
ln
T Ts
熵
s
'
Ts
C
p ,g
l 0
"
'
"
'
l
工程热力学第三版电子教案第7章自我测验题
第七章自我测验题1、填空及问答题（1）未饱和湿空气是_____和_____的混合气体。
（2）湿空气的总压等于_______和_______分压力之和（3）湿空气的独立状态参数是怎样的？（4）湿空气的相对湿度与哪些因素有关？为什么用干－湿球温度计能间接测量它（5）未饱和湿空气的干球温度t，湿球温度t w和露点温度t d之间的大小关系是_____，为什么？定性表示在T－s图上。
饱和湿空气的干球温度t，湿球温度t w和露点温度t d之间的大小关系又是_______，为什么？（6）在h－d图上若没有定湿球温度线，在已知t w和t的情况下，如何确定该状态点，如何读取d，t d，相对湿度等参数？（7）温空气的相对湿度越大，是否意味着含湿量也愈大？（8）分析湿空气问题时，为什么不用每单位质量湿空气，而选用每单位质量干空气作计量单位？（9）被冷却水在冷却塔中能冷到比大气温度还低，这是否违反热力学第二定律？为什么？2、空气大体可以看作是由氮气和氧气组成，其中氧气的质量分数为23％，试计算氮气和氧气的摩尔分数；空气的折合摩尔质量和折合气体常数。
3、一绝热刚性容器被一绝热刚性隔板分为两部分，一部分盛2kg的氧气，另一部分盛3kg的氮气，它们的温度和压力均为30℃和0.5MPa。
取掉隔板后，两种气流混合，忽略隔板厚度。
求：（1）混合后的压力和温度；（2）混合过程热力学能、焓和熵的变化。
4、由质量分数W CO2＝0.4的CO2和N2所组成的混合气体，初压为6.0MPa，初温为1000℃，经气轮机绝热膨胀至0.lMPa，若气轮机效率为0.86，试求：（1）气体的出口温度；（2）单位质量气体经气轮机所作的理想功和实际功；（3）当大气温度为17℃时的不可逆损失；（4）将不可逆损失表示在T－s图上。
5、氢和氮在绝热稳流过程中，以1mol氮和2mol氢的比例混合。
已知：，，，，混合后的压力。
确定：（1）混合气体的温度；（2）1mol混合气体的熵的变化量。
工程热力学第七章第一部分水蒸汽ppt课件
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
Boil (气体和液体均处在饱和状态下)
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Sa和tu压ra力tiopns pressure
六个区：三水个的单热相力区、学三面个两相区
单相区
液
p
气
固--液
p
两相区
液--气
T
Tห้องสมุดไป่ตู้
固
v
固--气 v
饱和线、三相线和临界点
Saturation line Triple line
饱和液线
临界点
p
饱和气线
三相线
饱和固线
ptp
v
611.2Pa,TTtp
273.16K
四个线：三个饱和线、一个三相线
一个点：临界点
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
3. 水蒸气图表的结构和应用
4. 水蒸气热力过程
蒸汽 水蒸气 Steam Vapor
蒸气
§ 7-1 纯物质的热力学面及相图
Pure substance Solid Liquid Gas
【工程热力学精品讲义】第7章
喷管 cf p 扩压管 p cf
2） cf dcf vdp
cf
1 2
cf2
的能量来源
是压降，是焓㶲（即技术功）转换成机械能。
14
二、几何条件
dcf cf
~
dA
A
力学条件 过程方程
dp Ma2 dcf
p
cf
dp dv
pv
Ma2 dcf dv cf v
连续性方程 dA dcf dv A cf v
.
9
滞止参数的求取 ★理想气体：
▲定比热容
▲变比热容
T0
T1
cf21 2cp
p0
p1
T0 T1
1
v0
RgT0 p0
h0 T0 pr0 T1 pr1
p0
p1
pr 0 pr1
★水蒸气： h0
h1
1 2
cf21
s0 s1
其他状态参数
p0 t0
h0 h1
10 s1
4.声速方程
？ 声音的速度330m/s
速度达Ma = 7，若飞机在–20℃ 的高空飞行，其 t0 = 334 ℃。
加上与空气的摩擦温度将极高，如美国航天飞机设计承受最
高温1650℃，实际经受温度1350~1400℃
12
7–2 促使流速改变的条件
一、力学条件
dcf cf
~
dp
p
流动可逆绝热 δq dh vdp 0
气流焓㶲 dex,H dh T0ds dh vdp
c
p
s
v2 p v s
等熵过程中
dp dv 0
pv
p
v
s
p v
工程热力学第7章
T0 k 1 Tcr 2 T0 2 1 ( 1) k 1 Tcr Tcr 2 T0 k 1
第七章 气体流动
Tcr 2 T0 k 1
临界压力比
pcr Tcr 2 T0 k 1 p0
k k 1
k 1 k
pcr 2 cr p0 k 1
v1
A2c f 2 v2
Ac v
第七章 气体流动
微分上式
二、能量方程
dA dc f dv 0 A cf v
约等于零
2 f2
根据开口系能量方程
等于零
q (h2 h1 )
等于零
(c
c )
2 f1
h2
c
2 f2
2
h1
22 cf1
g ( z2 z1 ) wi c
3
c f ,cr 2(h0 hcr ) 565.7m / s Amin c f ,cr qm 5.17kg / s vcr c f 2 2(h0 h2 ) 1100m / s
A2
qm v2 cf 2
72.9cm
2
第七章 气体流动
例7-4
空气进入喷管时流速为300 m/s，压力为0.5 MPa，温度
Ma 1 扩压管
Ma 1
第七章 气体流动
三、外部条件
（1）渐缩喷管 如果 则 如果 工质离开出口 后将要进入的 空间的压力
pb pcr p2 pb pb pcr
1
2
p2
pb 背压
1 2
则
p2 pcr
p2,min pcr
工程热力学第7章-气体与蒸汽的流动v3ppt课件
p1 T1 qm1 cf1
p2 T2 qm2 cf2
dv dA dcf v A cf
d dAdcf 0 A cf
适用于任何工质
可逆和不可逆过程
.
7
讨论：
dv dA dcf v A cf
任何稳流过程
1）流道的截面面积增加率，等于比体积增加率 与流速增加率之差；
2）对于不可压缩流体（dv=0），如液体等，流 体速度的改变取决于截面的改变，截面积A与 流速cf成反比；
.
本章内容
1 研究气体流动过程中 状态参数变化 气流速度变化 能量转换
的规律
2 研究影响气体在管内流的 管道截面积的变化
系统的外部条件 .
工程中有许多流动问题需考虑宏观动能， 特别是喷管(nozzle, jet)、扩压管(diffuser)及节流阀 (throttle valve)内流动过程的能量转换情况。
p1v1 p2v2 pv
dp dv 0
pv
注意，若水蒸气，则
cp
cV
且T1v11 T2v2.1
12
四、声速方程
c
ps
v2p vs
等熵过程中
dp pdv v0p v sp v
所以 c pv ？ RgT
注意：1）声速是状态参数，因此称当地声速。 如空气，0 o C c 1 .4 2 8 7 2 7 3 .1 5 3 3 1 .2 m /s
h0 T0 pr0 T1 pr1
p0
p1
pr0 pr1
注意：高速飞行体需注意滞止后果，如飞机在–20℃
的高空以Ma 水蒸气：h 0
=
h1
2飞12 行c f21 ，其t0=
182.6 ℃。 其他状态参数
工程热力学课件第7章
dp p
k
dv v
0
13
三 声速方程
(1) 声速 微小扰动在连续介质中所产生的压力波的
传播速度。
定义式:
c
p s
2 p v v s
c
kpv
kR g T
定熵过程
dp p
k
dv v
0
理想气体 只随绝对温度而变
qm A2 c f 2 v2
A cr c f, cr v cr
35
qm
代入速度公式可得：
k 1
qm
A2 v2
2
k k 1
p 0 v 0 [1 (
p2 p0
)
k
]
q m A2
2
k
p0
k 1 v0
[(
p2 p0
2
) (
k
p2 p0
k 1
)
k
]
36
令 g (
p2 p0
此速度实际上是达不到的，因为压力趋于零时 比体积趋于无穷大。
31
3、临界压力比
在临界截面上：
c f, cr 2 kp 0 v 0 k 1
1
[1 (
p cr p0
k 1
)
k
] c
kp cr v cr
v cr v 0 (
p0 p cr
)k
双原子气体：
cr
p cr p0
k
2
常数
c f2 dh d 2 0
适用范围：绝热不作外功的稳定流动过程， 任意工质，可逆和不可逆过程。 结论： 1、气体动能的增加等于气流的焓降；
工程热力学-第七章水蒸气之水蒸气的图表
s’=0. 649 0, s”=8.1481
t
v
h
s
v
h
s
v
h
s
℃ m3/kg kJ/kg kJ/(kg· m3/kg kJ/kg kJ/(kg· m3/kg kJ/kg kJ/(kg·
K)
K)
K)
0 0.0010002 -0.05 -0.0002 0.0010002 -0.05 -0.0002 0.0010002 -0.04 -0.0002 10 130.598 2519.0 8.9938 0.0010003 42.01 0.1510 0.0010003 42.01 0.1510
02
s T
s T
湿蒸汽区：
dp 0
h s T
Ts
直线，与等压线重合
过热蒸汽区：
V
1 v v T
p
h s T
T
1
V
T
等温线较等压线平坦， 低压时趋于水平。
体积膨胀系数
3）等容线群
02
h T v p
h s
n
T
v
p s
n
02
1）定压线群
h T v p
s n
s n
0
h T s p
湿蒸汽区，T = Ts，直线
过热蒸汽区，斜率随T增 大而增大
2）定温线群 h T v p
参
h’=29.21, h”=2513.3
数
s’=0.105 6, s ”=8.9735
ts=32.879 ℃ v’=0.001 005 3, v”=28.191
工程热力学 课件 第七章 水蒸气
T dT c Ts p T
7-4 水蒸汽表和图
➢ 水蒸汽表
▪ 饱和水和干饱和蒸汽表 按温度排列，列出ps、v'、v"、h'、h"、γ、s'、s" 按压力排列，列出ts、v'、v"、h'、h"、γ、s'、s" u = h - pv
▪ 未饱和水和过热蒸汽表 以温度和压力为独立变数，列出未饱和水和过热蒸 汽的v、h、s
wt h h1 h2
➢ 水蒸汽从初态(p1,t1)定压冷却到终态(p1,x2)的 定压过程
➢ 水蒸汽从初态(p1,t1)可逆绝热膨胀到p2的过程
➢ 水蒸汽的绝热过程写成pvk=定值的形式
取过热蒸汽的k=1.3 干饱和蒸汽的k=1.135 湿蒸汽的k=1.035+0.1x
此法计算误差很大
ux hx pvx
或 hx h x
或
sx
s x
Ts
➢ 压力为p的过热蒸汽
▪ 一定压力下的过热蒸汽t、v、h、s、u均大于同 压力下饱和蒸汽的相应数值
过热度 △t = t – ts
过热热量
T
qsup Ts cpdT
h h qsup
s
Ts c dT
T T 273.16K s
h h
u h pv
s s
Ts
▪ h'随ts及p的增大而增大，γ则反之（见图7-6）
➢ 压力为p的湿饱和蒸汽
▪ 湿蒸汽的压力与温度为饱和压力和饱和温度，h、 s、u、v的值均介于饱和水和饱和蒸汽各相应参 数之间
vx xv 1 xv
p不太大时， vx xv
hx xh 1 xh sx xs 1 xs
工程热力学第三版电子教案第7章
⼯程热⼒学第三版电⼦教案第7章第7章⽔蒸汽7．1 本章基本要求 (62)7．2 本章难点 (62)7．3 例题 (62)7．4 思考及练习题 (66)7．5 ⾃测题 (69)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 。
工程热力学_曾丹苓_第七章理想气体混合物与湿空气（ＰＤＦ）
第七章理想气体混合物与湿空气（4学时）1. 教学目标及基本要求熟悉混合物的成分、摩尔质量、气体常数的计算；掌握混合物u、h、s的计算；理解湿空气模型、参数；掌握湿空气图表，特别是h-d图的使用。
2. 各节教学内容及学时分配7-1 混合物的成分、摩尔质量及气体常数（0.5学时）7-2 分压力与分容积定律（0.5学时）7-3 理想气体混合物的热力学能、焓、比热容和熵的计算（0.5学时）7-4 湿空气及其状态参数（1学时）7-5 干—湿球温度计（0.5学时）7-6 焓—湿图（0.5学时）7-7 湿空气过程（0.5学时）3. 重点难点混合物的成分表示；混合物的参数计算；湿空气的概念；湿空气的参数（绝对湿度，相对湿度，含湿量，干球温度和湿球温度，露点，比焓）；湿空气过程；湿空气h-d、p-h图及应用。
4. 教学内容的深化和拓宽更多的湿空气过程。
5. 教学方式讲授，讨论，.ppt6. 教学过程中应注意的问题湿空气的“新参数”较多，可能给学生理解带来困扰。
要说明：仍是简单可压系，只是为了方便研究湿空气（二元单相系，且其中水蒸气成分要变），所以定义了一些新的参数。
7. 思考题和习题思考题：教材的课后自检题（部分在课堂上讨论）习题：教材习题3,4,10,11,14,18（可变）8. 师生互动设计讲授中提问并启发讨论：为节能和环保，电厂用省煤器等来降低排烟温度。
问：排烟温度是否越低越好？为什么？见过冒“烟”的冷却塔吗（电厂，大楼顶等处）？湿空气中包含有水蒸气，而水蒸气不是理想气体，但本章将湿空气作理想气体处理，依据何在？干燥工艺，如何设计？9. 讲课提纲、板书设计第七章 理想气体混合物与湿空气前面各章：单元系即纯物质（单相/复相）本章：多元系即混合物（单相）[如烟气、燃气、湿空气] 简化假设：无化学反应；混合前后均是理想气体7-1 混合物的成分、摩尔质量及气体常数Gibbs 相律：I = C – P + 2二元混合物(单相)：I = 3 T , p , w 1C 元混合物(单相)：I = C + 1 T , p , w 1 , w 2 , … , w i , … , w C-1质量分数 w i = m i /m混合物 m = Σm i Σw i = 1 摩尔分数 n i = ni /n 混合物 n = Σni Σx i = 1摩尔质量 M i = m i /n i混合物 M = m /n = Σm i /n = Σn i M /n = Σx i M 气体常数 R g,i = R /M i 混合物 R g = R /M=nR /m=Σn i R /m=Σ(m i /M i )R /m =Σw i R g,i换算： w i = x i M i / M x i = w i R g, i / R g7-2 分压力与分容积定律★ .ppt 图示：分压力与分容积定律的模型分压力定律∑==i i i i p p p x p x V RT ====i i i i n n p p VnRTp n p // 总压力分压力分容积定律∑==ii i i V V V x V RT ====i i ii x n n V V pnRTV p n V // 总体积分体积7-3 理想气体混合物的热力学能、焓、比热容和熵的计算（混合物参数与各组元参数的关系）处于(T ,V )的理想气体混合物，其中某组元的状态与其他组元存在与否无关KJ/kg ),(),()()()()()()()()(J/kg )()(,,⋅=Σ=Σ=Σ=Σ==Σ=∑i i i i p i p i i i V i i i V i i p T s w p T s T c w T c T h w T h T c w dTT u w d dT T du T c T u w T u7-4 湿空气及其状态参数将湿空气视为理想气体混合物（其中水蒸气一般处于过热状态，且其分压p v 甚低，故可作理想气体处理）。
工程热力学第七章
上界限线 两线 下界限线 五态
未饱和水 饱和水 湿蒸汽 干饱和蒸汽 过热蒸汽
18
一点 液 临界点 v 0.00317m3 /kg 三区 汽液共存 cr Critical point 汽
1、零点规定 规定：三相点液态水 热力学能及熵为零
u '273.16 0
h ' u ' pv '
x较大时
sx xs' '1 xs' s'xs' 's' s' x
g
Ts
未饱和水 湿饱和蒸汽 过热蒸汽
21
v ' v v ''
v v ''
二、 水蒸气表
1.饱和水和干饱和蒸汽表（附表6，7）
22
2.未饱和水和过热蒸汽表
p 0.001 MPa ts=6.949 ℃ v’=0.001 000 1, v”=129.185 h’=29.21, h”=2513.3 s’=0.105 6, s ”=8.9735 v m3/kg h kJ/kg s kJ/(kg· K) -0.0002 8.9938 9.0588 9.1823 9.2412 9.2984 9.4080 9.5120 9.6109 0.005 MPa ts=32.879 ℃ v’=0.001 005 3, v”=28.191 h’=137.72, h”=2 560.6 s’=0.4761, s”=8.3930 v m3/kg 0.0010002 0.0010003 0.0010018 28.854 29.783 30.712 32.566 34.418 36.269 h kJ/kg -0.05 42.01 83.87 2574.0 2592.9 2611.8 2649.7 2687.5 2725.5 s kJ/(kg· K) -0.0002 0.1510 0.2963 8.4366 8.4961 8.5537 8.6639 8.7682 8.8674 0.01 MPa ts=45.799 ℃ v’=0.001 010 3, v”=14.673 h’=191.76, h”=2583.7 s’=0. 649 0, s”=8.1481 v m3/kg 0.0010002 0.0010003 0.0010018 0.001009 14.869 15.336 16.268 17. 196 18.124 h kJ/kg -0.04 42.01 83.87 167.51 2591.8 2610.8 2648.9 2686.9 2725.1 s kJ/(kg· K) -0.0002 0.1510 0.2963 0.5723 8.1732 8.2313 8.3422 8.4471 8.5466
工程热力学-ch7 水蒸气
x y y y y
v v x(v v) s s x(s s) h h x(h h)
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xkg饱和
蒸汽，(1-x)kg饱和水。
h xh" (1 x)h'
v xv" (1 x)v'
未饱和水 饱和状态或湿蒸气（给出干度x） 过热蒸气
在湿蒸气区，p、t不是两个独立的变量，因 此不能由p、t确定状态点。
第7章 水蒸气
• 情况二：已知p（或t）及某一比参数y（v或s或
h） 查饱和表得已知压力（或温度）下的y’、y”：
y y 未饱和水
y
y
y
湿蒸气（算出干度x）
y
y
过热蒸气
第7章 水蒸气
一、汽化与凝结
汽化 物质由液态转变为气态的过程。
蒸发 沸腾 闪蒸（降压沸腾）
第7章 水蒸气
汽化与饱和
汽化: 由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化)
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) 饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
第7章 水蒸气
二、饱和状态
整理得
h
y2
y1
xa x2
x1 x1
所
以
ya
y1
y2
y1
xa x2
x1 x1
注*——仅述你自己的看法 1、是否已对学过的内容建立了初步的概念？(？%) 2、课程进度与难度是否适中？能否及时消化？ 3、作业量是否合适？缺勤的原因（无则不答） ？ 4、需要详解或者补充热力学哪方面的内容？ 5、哪些章节的内容比较难理解难消化？平时有疑难你会怎样
工程热力学07
5”
4” 4’
5’ 过热 5 蒸汽
1’ 2 3
1
湿蒸汽
4
s
1.一点：临界点C
2.两线：饱和水线与饱和蒸汽线
3.三区：未饱和水区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区
4.五态：未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽 、干饱和 蒸汽、过热蒸汽
干度x 的概念
x
湿蒸汽中含干蒸汽质量 湿蒸汽总质量
mv mf mv
（1- x ）称为湿度，它表示湿蒸气 中饱和水的含量。
(气体和液体均处在饱和状态下)
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
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
ps=1.01325bar
青藏ps=0.6bar 高压锅ps=1.6bar
Ts=100 ℃ Ts=85.9496 ℃
Ts=113.326 ℃
§7-2水蒸气的定压发生过程
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
对干度x的说明： x = 0 饱和水 x = 1 干饱和蒸汽 0≤x ≤1 在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义
§7-3水蒸汽表和焓-熵（h-s）图
一、水蒸汽参数的确定
对简单可压缩工质，如理想气体，只需要两 个独立的状态参数就可以确定出此状态下所有的 参数，但是对于水蒸气而言，比较复杂，因此常 用查表或查图计算。
工程热力学第7章-PPT精品文档
dcf dA a 1 M c A f
2
c ) M a 1 cc d0 A c f f
截面上Ma=1、cf=c，称临界截面(minimum cross-sectional area) [也称喉部(throat)截面]，临界截面上速度达当地音速(velocity of sound)
Acf qm v
dv dA dcf v A cf
d dA dcf 0 A cf
4
2.过程方程
p v p v pv 1 1 2 2
dp dv 0 p v
注意，若水蒸气，则
c p 1 1 且 T v T v 11 2 2 c V
M a 1 超声速
（supersonic velocity） 8
7–2 促使流速改变的条件
一、力学条件
流动可逆绝热
dcf dp ~ c p f
δ q d h vp d
d e d hT d s d h vdp x , H 0 dh cf dcf 能量方程 cf2 p dp cf2 dcf vdp dcf v d p c c fd f p pv cf p cf
c c p v R T f c r c r gc r
pcr Tcr vcr 称临界压力(critical pressure)、临界温度
及临界比体积。
13
2）当促使流速改变的压力条件得到满足的前提下： a）收缩喷管(convergent nozzle)出口截面上流速 cf2,max=c2（出口截面上音速） b）以低于当地音速流入渐扩喷管(divergent nozzle) 不可能使气流可逆加速。 c）使气流从亚音速加速到超音速，必须采用渐缩 渐扩喷管(convergent- divergent nozzle)—拉伐尔 (Laval nozzle)喷管。
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第7章水蒸汽7．1 本章基本要求 (62)7．2 本章难点 (62)7．3 例题 (62)7．4 思考及练习题 (66)7．5 自测题 (69)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 。
设环境温度C t 0020=求：（1）若过程是可逆的，1kg 蒸汽所做的膨胀功及技术功各为多少。
（2）若汽轮机的相对内效率为0.88时，其作功能力损失为多少解：用h-s 图确定初、终参数初态参数：1p =50bar C t 01400=时，1h =3197kJ /kg 1v =0.058kg m /3 1s =6.65kJ /kgK则1111v p h u -==2907 kJ /kg6.65kJ /kgK终态参数：若不考虑损失，蒸汽做可逆绝热膨胀，即沿定熵线膨胀至2p =0.04bar ，此过程在h-s 图上用一垂直线表示，查得2h =2020 kJ /kg 2v =0.058kg m /3 2s =1s =6.65kJ /kgK2222v p h u -==1914 kJ /kg膨胀功及技术功：21u u w -==2907-1914=993 kJ /kg21h h w t -==3197-2020=1177 kJ /kg2）由于损失存在，故该汽轮机实际完成功量为t ri t w w η='=0.88⨯1177=1036 kJ /kg此不可逆过程在h-s 图上用虚线表示，膨胀过程的终点状态可以这样推算，按题意'21'h h w t -=，则 '12't w h h -==3197-1036=2161 kJ /kg这样利用两个参数'2p =0.04bar 和'2h =2161 kJ /kg ，即可确定实际过程终点的状态，并在h-s 图上查得'2s =7.12kJ /kgK ，故不可逆过程熵产为22's s s g -=∆=7.12-6.65=0.47kJ /kgK 作功能力损失)(00g f s s T s T w ∆+∆=∆=∆ 因绝热过程0=∆f s 则kg kJ s T w g /7.13747.0)20273(0=⨯+=∆=∆例3：0.1kg 水盛于一绝热的刚性容器中，工质的压力的0.3Mpa ，干度为0.763。
一搅拌轮置于容器中，由外面马达带动旋转，直到水全变为饱和蒸汽。
求：（1）完成此过程所需的功；（2）水蒸汽最终的压力和温度。
解：取容器内的工质为系统，搅拌轮搅拌工质的功变为热，是不可逆过程。
（1）系统绝热，q=0。
系统的边界为刚性，因而没有容积变化功，可是由于搅拌轮搅拌，外界对系统作了功。
由热力学第一定律)(21u u m U W -=∆=即外界消耗的功变了热，工质吸收热内能增加，因而只要计算初终态的内能变化就可求得耗功量。
对于初态，已知p1=0.3Mpa ，x=0.763，于是/kg m 4643.06058.0763.0001074.0)763.01()1(3111=⨯+-=''+'-=v x v x v)763.01()1(11-=+'-=h x h .06.22121111-=-=v p h u 态是p2=0.4Mpa ，温度轮功为.2553(1.0)(12-=-=u u m W （2）终态如图7.1例4：1kg 水贮存于有负载的活塞-气缸装置中，压力为3Mpa ，温度为240℃。
定压下对工质慢慢加热直至其温度达320℃，求：（1）举起负载活塞作多少功？（2）外界需加入多少热量？解：取装置中的工质水为系统，由饱和水与饱和蒸气表查得对应于3Mpa 的饱和温度为233.84℃。
现初态温度高于此值，可知初态为刚高于饱和温度的过热蒸气，故工质在整个加热过程均为过热蒸气。
（1）在缓慢加热的条件下，可认为热源与工质温差很小而视过程为可逆过程故⎰-==2112)(v vp pdv w比容值可由“未饱和水与过热蒸汽表”查出，代入上式得kJ/kg 4.5010)06818.0085.0(10366=⨯-⨯=-w（2）对可逆定压加热过程12h h h q -=∆=由过热蒸气表查得焓值后代入上式得kJ/kg 8.2193.28241.3044=-=q若根据水蒸气的h-s 图读取v 和h 的数据亦可得到相近的结果。
图中数据连续，且可显示过程，但所读数据不如表中数据准确。
7．4 思考及练习题1．物质的临界状态究竟是怎样一种状态?2345．数）。
67．压力为3.5Mpa 图上。
8．1kg 状态为p1=1Mpa 热到300℃，试求加热量，容积变化功及内能变化。
如果工质为1kg空气，结果又将如何？通过本例的计算，说明对于水蒸气和空气，在处理方法上有何异同之处。
9．利用蒸气与冷水混合来制取开水是常见的方法。
现将压力为0.1MPa，干度为0.9湿蒸气，与压力为0.1MPa，温度为20℃的自来水相混合，如果供应4吨开水，则需图7.2要蒸气、水各为多少？混合过程的熵产是多少？10．图7.2表示一台锅炉的示意图，每小时生产1MPa，240℃的过热蒸气15吨。
已知给水温度为20℃锅炉效率为0.75，煤的值为29400kJ/kg，进入过热嚣的湿蒸汽干度为0.95，试求：（1）耗煤量；（2）温蒸气在过热器中的吸热量。
11．一刚性容器被绝热隔板分成A和B两部分。
已知A和B中的状态分别为：mA=1kg，xA=1，pA=0.5MPa；mB=1kg，xB=1，pB=0.5MPa抽去隔板后，容器内的最终压力为0.7MPa，若环境温度为300K，求：（1）刚性容器的容积及蒸汽的最终状态；（2）过程中交换的热量；（3）过程中总的熵产。
12．一容器内装有1kg的湿蒸汽，其压力ps=10bar，如果容器内的饱和水与饱和蒸汽各自恰好占去容器容积的一半。
求容器内湿蒸汽的焓。
13．在容积V=6m3的容器中，有ts=150℃的饱和水与饱和蒸气共存，其中饱和水占总容积的1/3。
求蒸汽的干度x。
14．在一内径为60cm、高为3m的圆柱形密闭容器中，充以压力p1=80at的饱和水与饱和水蒸汽混合物，其中饱和水的液面高h1=15cm。
若使容器内湿饱和蒸汽的压力由于冷却而降至p2=40at，求此时饱和水液面的高度h2以及冷却过程中所放出的热量Q。
15．在压力p=8bar下，对1kg的饱和液体加入711.76kJ的热量，结果其内能增加为628kJ。
试求：（1）加热后混合物的干度x=?（2）内汽化潜热和外汽化潜热各为多少？某物质的汽化潜热为1130kJ/kg。
16．现有两个容积相等、材质相同的容器，它们的容积V=1m3，其中一个充满了压力为10bar饱和水，另一个装有压力为10bar的饱和干蒸汽。
如果由于某种意外的原因发生爆炸，问哪一个容器爆炸所引起的危害大些？提示：由于爆炸是在瞬间发生的，饱和水饱和蒸汽进行绝热膨胀其，压力由10bar 降至1bar，所以s1=s2，其危害性可粗略按其绝热膨胀所作功的大小来衡量。
由第一定律可得：W=－mΔu。
计算结果饱和水容器爆炸的危害约为饱和汽容器产生危害的30倍。
17．把压力为1bar的干饱和蒸气10kg，在定压下变为tw=50℃的热水，用其所放出的热量来加热空气。
问在定压加热的情况下，这些热量可将多少公斤的空气由t1=50℃加热至t2=100℃。
18．在压力p=30bar，温度t=500℃的过热蒸汽中的加入tw=25℃的水，使其混合后温度tm=400℃，问对1kg蒸汽而言，需要加入多少公斤的水，设过热蒸汽的平均比热cpm=0.5399kcal/kg·℃。
19．有一废热锅炉每小时可把200kg温度为t1=10℃的水，变为t2=100℃的干饱和蒸气。
进入锅炉的烟气温度为tg1=600℃，排烟温度为tg2=200℃，若锅炉的效率为60%，求每小时通过的烟气量。
已知烟气的比热为cp=1.047kJ/kg℃，水的汽化潜热T=2260.87kJ/kg·℃。
20．一加热器每小时换热量9010kJ/h，现送入压力p=1.078bar的蒸气（h=2658.6kJ/kg），蒸气在加热器内放热后变为t2=83℃的凝结水排入大气，问此换热器每小时所需蒸汽量。
21．把压力p=2.94bar的干饱和蒸汽，通过1英寸的管道（内径为2.54cm）送往用户。
无论管内的蒸汽流量是多大，每1m2的管子内表面每小时向管外保温层散出的热量为2093.4kJ/m2·h。