工程热力学课件 第六章 水蒸气

"
h 191.76
'
h 25883.72
"
h 251.46
'
h 2609.6
"
s 0.6490
'
s 8.1481
"
s 0.8321
'
s 7.9092
"
t
0 40 60 80 120
v
0.0010002
0.0010079
h
0.0
167.4
s
0.0002
0.5723
v
未饱和水和过热蒸汽表（节录）
p
0.01MPa
ts 45.83
v 0.0010102
'
0.02MPa
ts 60.09
"
饱 和 参 数
v 14.676 h 2584.4
"
v 0.0010172
'
v 7.6515
"
h 191.84
'
h 251.46
'
h 2609.6
( kg K )
273.16 0.0006110.00100022 206.1750.000614 2501.0 0.0000 9.1562 373.15 0.1013250.0010437 1.6738 419.06 2676.3 1.3069 7.3564 473.15 1.5551 0.0011565 0.12714 825.4 2791.4 2.3307 6.4289 573.15 8.5917 0.0014041 0.02162 1345.4 2748.4 3.2559 5.7038
焓熵图
h
T
C x s
§6-5 水蒸汽的基本热力过程
热力过程： p
s T v
任务： 确定初终态参数，
计算过程中的功和热 在p-v、T-s、h-s图上表示
水蒸汽的定压过程
锅炉、换热器
q = h wt = 0
例：锅炉中，水从30℃ ，
4MPa, 定压加热到450 ℃
q h vdp
p
1 3
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 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
"
s 0.6493
'
s 8.1505
"
s 0.8321
'
s 7.9092
"
t
0 40 60 80 120
v
0.0010002
0.0010078
h
0.0
167.4
s
0.0001
0.5729
v
0.0010002 0.0010078
0.0010171
h
0.0 167.5
251.1
s
0.0001 0.5721
两相比例由干度x确定
定义
x 干饱和蒸汽质量 湿饱和蒸汽质量 ＝ mv mv mf
干饱和蒸汽 对干度x的说明： x = 0 饱和水 0≤x ≤1 x = 1 干饱和蒸汽
饱和水
在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义
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。
q Tds dh vdp
h 两相区 p T 0 单相区 s s p s pC
C
T=Const 斜直线 T
向上翘的发散的形线
焓熵图
h
pC
C
s
焓熵图的画法(2)
4、定温线 T 两相区：T、p一一对应，T 线即 p 线 气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体 5、等容线 v 同理想气体一样， v 线比 p 线陡 6、等干度线 x 在x=0, x=1之间，从C点出发的等分线
1
T Tc e3 e2 e1
B
v
s
§6-3 水和水蒸气状态参数
状态公理：简单可压缩系统，两个独立变量
未饱和水及过热蒸汽，一般已知p、T即可 饱和水和干饱和蒸汽，只需确定p或T
湿饱和蒸汽， p和T不独立，汽液两相
水和水蒸气状态参数确定的原则
1、未饱和水及过热蒸汽 确定任意两个独立参数，如：p、T 2、饱和水和干饱和蒸汽 确定p或T 3、湿饱和蒸汽 除p或T外，其它参数与两相比例有关
在一刚性容器内充满p=0.1MPa，t=20℃的 水。由于太阳照射，使其温度升为40℃,求容器 承受的压力。 等容过程
p=0.1MPa t=20℃
v 0.0010018 m
3
kg
t=40℃
储液罐很危险， 不能装满。
p 14.0MPa
Baidu Nhomakorabea
查表举例（4）
已知 t=85℃, p=0.015MPa , 试确定状态? h=? p=0.015MPa ts=54.0℃ , 过热状态 内插法 85 80 p=0.01MPa h h80 h0.01 2658.8 kJ kg t=85℃ h90 h80 90 80 85 80 p=0.02MPa h h80 h0.02 2657.4 kJ kg t=85℃ h90 h80 90 80 p=0.015MPa h h0.01 t=85℃ h0.02 h0.01
查表举例（2）
已知 t=250℃, 5kg 蒸气占有0.2m3容积, 试问蒸 气所处状态? h=? 湿蒸汽状态 x 0.795 t=250℃ , h ' 1085.8 kJ kg
h" 2799.5 kJ kg
h xh " (1 x)h ' 2448.2 kJ
kg
查表举例（3）
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
§ 6-1 水的物态变化
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
思考题
1. 有没有500º C的水？ 没有。t>374.16 ℃ 2. 有没有-3 ℃ 的蒸汽？ 有
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
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
放掉一些水，Ts不变， ps？ ps Ts ps=1.01325bar 青藏ps=0.6bar 高压锅ps=1.6bar Ts=100 ℃ Ts=85.95 ℃ Ts=113.32 ℃
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
T Tc Tc a3 b3 c3 d 3 e3 a2 b2 c2 d 2 e2 Tc
C
p pc
T
p pc pc
C
a1 b1
c1
d1 e1
A
A B a aa 1 2 3
b3 c3 d 3 d2 b2 c2 d1 c1 b
0.015 0.01 0.02 0.01
h 2658.1 kJ
kg
未饱和水和过热蒸汽表(注意下划线）
p
0.01MPa
t s 45.7988
v 0.0010103
'
0.02 MPa
ts 60.09
v 0.0010172
'
饱 和 参 数
v 14.673
"
v 7.6515
2
ts(4MPa)=250.33℃
4 v
q = h2-h1
水蒸汽的定压过程
查表举例（1）
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℃（179.916 ℃)
t=100℃ < ts, 未饱和水 h=419.7kJ/kg
t=200℃ > ts, 过热蒸汽
h=2827.5kJ/kg
两类
1、饱和水和干饱和蒸汽表 2、未饱和水和过热蒸汽表
饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）
t / C T / K p / MPa v' / m / kg m 3 / kg
0.01 100 200 300
o
3
v"
h'
h" s ' / kJ / s" / kJ / kJ / kg kJ / kg ( kg K )
如何在图上表示功和热
p-v图（示功图）：面积代表功 T-s图（示热图）：面积代表热
能否用线段表示热和功
蒸汽动力循环
定压过程
过热器 锅 炉 汽轮机
q h wt h
等熵过程
发电机
wt h
凝 汽 器
给水泵
s 0
焓熵图的画法(1)
1、零点：h=0，s=0； 2、饱和汽线（上界线）、饱和液线（下界线） C点为分界点，不在极值点上 h 3、等压线群：p T 0
0.8310
15.34 16.27 18.12
2611.3 2649.3 2725.4
8.1752 8.3437 8.5479
8.119 9.052
2647.8 2724.4
8.0205 8.2261
表的出处和零点的规定
表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表的 国际骨架表编制，尽管IFC（国际公式化委员会） 1967和1997年先后发表了分段拟合的水和水蒸气热力 性质公式，但工程上还主要依靠图表。
饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）
p / MPa r
kJ / kg
t / C v' / m / kg m / kg
3
o
3
v"
h'
h" s ' / kJ / s" / kJ / kJ / kg kJ / kg ( kg K )
( kg K )
0.001 2484.5 0.1 2258.2 1.0 2014.4 10 1315.8
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
v 0.2 5 0.04 m
3
3
kg
v" 0.05002 m
3
kg
kg
v ' v v '' 湿蒸汽状态 v v' 0.04 0.0012513 x 0.795 v " v ' 0.05002 0.0012513
0.0010002 0.0010078
0.0010171
h
0.0 167.5
251.1
s
0.0001 0.5721
0.8310
15.336 16.268 18.124
2610.8 2648.9 2725.1
8.2313 8.3422 8.5466
8.119 9.052
2647.8 2724.4
8.0205 8.2261
6.949 0.0010001 129.208 29.33 99.63 0.0010434 1.6946 417.51 179.88 0.0011274 0.19430 762.6 310.96 0.0014526 0.01800 1408.6
2513.8 0.1060 8.9756 2675.7 1.3027 7.3608 2777.0 2.1382 6.5847 2724.4 3.3616 5.6143
焓、内能、熵零点的规定： 原则上可任取零点，国际上统一规定。 水的三相点 T 273.16 u 0 s 0 但 h u pv 原则上不为0， 对水：
p 611.2 Pa v 0.00100022 m
3
kg
h u pv 0.6 J
kg
0.0006 kJ
kg
0
§6-2 水的定压加热汽化过程
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’’
第六章 水和水蒸气的性质
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
是其它实际气体的代表
h xh (1 x )h
" '
v xv (1 x )v
"
'
y xy (1 x ) y
"
'
s xs (1 x ) s
"
'
x
y y
"
' '
y y
已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度x h ,v ,s
§6-4 水蒸气表和图
水和水蒸气表