农业工程概论共54页文档

1.确定蒸气状态参数的独立变量 2.学会使用水蒸气热力学性质的 图表，并能熟练的运用于各种热 力过程的计算。
水和水蒸气是实际气体!
水蒸气
在空气中含量极小，当作理想气体
一般情况下，水蒸气是由液态水经 汽化而来的一种气体，离液态较近， 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
§ 5-1 纯物质的热力学面及相图
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 的曲面
水的热力学面
单相区
液
p
气
p
固--液
两相区
液--气
T
T
固
v
固--气 v
六个区：三个单相区、三个两相区
饱和线、三相线和临界点
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
两相比例由干度x确定
定义 x干 湿 饱 饱 和 和 蒸 蒸 汽 汽 质 质 量 量 ＝ m vm vm f
干饱和蒸汽
饱和水
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
T Tc Tc
c2 d 2 e2
Tc
a1 b1
c1
A
d 1 e1 BaA1 a 2 a 3
v
p pc p c
C
T
e3
Tc
e2
b3
b2
b1
c3
c2
d
3d
2
c1
d1
e1 B
s
§5-4 水和水蒸气状态参数及其图表
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 1875年，吉布斯提出了吉布斯相律
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 ' s xs " (1 x ) s '
yx"y(1x)y'
x
y y' y" y'
已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度x
干饱和蒸汽的混合物：t=ts
使未饱和液达饱和状态的途径：
t, p
ttsp保p不 持变 t， ppst保t不 持变 p，
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§5-3 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’’
饱和液线
临界点
p
饱和气线
三相线
饱和固线
T v
四个线：三个饱和线、一个三相线
一个点：临界点
汽相和液相
过热器
锅 炉
汽轮机
因固相不流动， 更关心汽液两相
发电机
凝 汽 器
冰蓄冷
给水泵
§5-2 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
h ,v ,s
水和水蒸气表
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 / oC
T/K
p / MPa
v'
/
m3
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/
k
v"
g
m
3
/
k
g
h'
h"
s ' / kJ /
kJ / kg kJ / kg ( kg K )
s " / kJ / ( kg K )
0.01 273.160.0006110.00100022206.1750.000614250.010.00009.1562
100 373.150.1013250.00104371.6738 419.06 267.631.3069 7.3564
200 473.15 1.5551 0.00115650.12714825.4 279.412.33076.4289
实际气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加
h''h'
汽化潜热:1kg饱和液体加热成同 温度下的干饱和蒸汽所需热量。
(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tts
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
a3 b3
a2 b2
T
C p pc
c3 d3 e3
Ts=113.32 ℃
几个名词：
饱和液(saturated liquid)—处于饱和状态的液体： t=ts 干饱和蒸汽(dry-saturated vapor; dry vapor ) —处于饱和 状态的蒸汽：t=ts 未饱和液(unsaturated liquid) —温度低于所处压力下饱 和温度的液体：t<ts 过热蒸汽(superheated vapor) —温度高于饱和温度的蒸 汽：t>ts, t–ts=d称过热度(degree of superheat)。 湿饱和蒸汽(wet-saturated vapor; wet vapor ) —饱和液和
(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 凝结：由蒸汽变成液体的过程。
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？
Ts
ps
ps=1.01325bar 青藏ps=0.6bar
高压锅ps=1.6bar
Ts=100 ℃ Ts=85.95 ℃
300 573.15 8.5917 0.00140410.02162134.54 274.483.25595.7038
h < h’ h = h’ h ’< h <h’’ h = h’’ h > h’’
s < s’ s = s’ s ’< s <s’’ s = s’’ s > s’’
水预热
汽化
过热
水蒸气定压发生过程说明
(1) QUWUpdV
UpVU(pV)H
(2) SSf Sg0
只有加热时熵永远增加
(3) 理想气体 h f (T )
基本知识点
１．应掌握有关蒸气的各种术语及其意义。 例如：汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、 饱和液体、饱和温度、饱和压力、三相点、 临界点、汽化潜热等。 ２．了解蒸气定压发生过程及其在和图上的 一点、二线、三区和五态。 ３．了解蒸气图表的结构，并掌握其应用。 ４．掌握蒸气热力过程的热量和功量的计算。
本章重点