重庆大学工程热力学第六章-蒸气的热力性质

①临界点
临界点C：OC线的上端点，也是饱和液线与饱和气线的交点， 气液两相共存的pmax,Tmax。在C点上，饱和气及饱和液有相同 的p,T,v,u,h,s pcr以上液、气两相区不存在明显的、确定的界线，习惯上， 人们把临界定温线当作临界压力以上液、气分界线。 水的临界点状态 pc 22.129MPa，Tc 647.3K 374.15℃
工质热力性质（u、h、s等）计算：用状态方程 + 比热容；表；图；计算机
6.3.1基准点
水蒸气—处于三相点的饱和水u0=0, s0=0 (h0 0 )（1956年第五届国际水蒸气会议规定）
6.3.2饱和液及饱和蒸气表（附表9、10）
饱和线上，t = t(p)，或p = p(t) （饱和汽或者饱和液的参数，只需知道t或者p，然 后直接查表） t p v’ v” h’ h” r s’ s” p t v’ v” h’ h” r s’ s”
工程上，锅炉、冷凝器、蒸汽发生器中工质压力 变化很小，可视为等压过程。
t < ts
未饱和液
t = ts
饱和液
t = ts
湿蒸气
t = ts
饱和蒸气
t > ts
过热蒸气
液体加热
气化
过热
（1）T-s图上定压线的斜率
根据熵的微分式4-22，在T-s图上定压线的斜率为
T T 0 s p c p
湿汽区：dpT = 0 (h/s)T = Ts （上扬的直线）。T↑陡 过热区： (2h/s2)T < 0的曲线。T↑ 平缓。T →∞ (h/s)T →0
定容线簇 (h/s)v = T + v(p/s)v > 0
(2h/s2)v > 0的曲线。(h/s)v – (h/s)p = v(p/s)v > 0（定v线比定p线陡）
②处于平衡的液、气 两相具有相同的压力 和温度 ③湿蒸气：1’-1”线段 中间的各状态点，它 们是不同质量比的两 相混合物。 ④汽化潜热
r h'' h' Ts s'' s'
在一定压力下，1kg饱和液转 变为饱和气吸收的热量。
工质在吸收潜热的过程中温度不会升高
r
6.3 蒸气的定压发生过程p<pC
固 相 区
P高，T低：固相区
中间p和T ：液相区
液 相 区
相区内呈现单一相
气相区
p-T相图
T
饱和状态：不同相平衡共存; 处于饱和态的液体称为饱和液； p 处于饱和态的蒸气称为饱和气。 相界线是饱和线，在相界线上 进行平衡的相转变:
B
固 相 区
液 相 区
C
O-C线： 汽化线
O-B线： 熔解线 O-A线： 升华线
三相点O
①三相点O：工质呈 现气、液、固三相平 衡共存状态
p
B
固 相 区
②每种物质都有唯一 的三相点，对应着确 定的TTP，pTP (表6-1）
液 相 区
C
O
气相区
A
p-T相图
T
6.1.2 p-v及T-s相图
注意上标： 饱和液： ' 饱和气： ''
饱和液线、饱和气线、液相区、气相区、液 -气两相区、临界点C
根据p 0.02MPa，查得s ' 0.8321 , s ' ' 7.9092 , 过热蒸汽 t 80 70 8 7.9654 70 8.0205 7.9654 2647.8 2628.7 h 8 7.9654 2628.7 8.0205 7.9654 8.119 7.884 v 8 7.9654 7.884 8.0205 7.9654 s s' '
汽化液化 熔解凝固 升华凝华
O 气相区
A
p-T相图
T
工质处于饱和状态时其 压力和温度是相互对应 的： 饱和温度Ts
Ts Ts p
ps ps T
p
B
固相区
液 相 区
C
气 相 区
饱和压力ps
O A
p-T相图
Ts、ps对应关系：1. 查表 （附表9和10）；2. 经验公 式
T
能量 方程
Q H q h
' q h 液体预热阶段 l 1 h 10
气化阶段 过热阶段
r h h Ts s s
'' 1 ' 1 '' 1

' 1

qs h1 h
过热蒸气
'' 1''
不饱和水
q ql r qs
6.3 水和水蒸气热力性质表
湿蒸气：需计算干度
6.3.3未饱和液及过热蒸气表（附表11） 需2个独立的状态参数
p = 0.1 MPa t v h s p = 0.2 MPa t v h s … t v h s
6.3.4判断工质状态的方法
① t < ts(p) ② v < v’ ③ h < h’ ④ s < s’
未饱和液
t = ts(p) t = ts(p) t = ts(p) t > ts(p) v > v’’ v = v’ v ’< v <v’’ v = v’’ h > h’’ h = h’ h ’< h <h’’ h = h’’ s > s’’ s = s’ s ’< s <s’’ s = s’’
h p t x=1
C x=0
s
在h-s图上画出 下列过程线： ① 定熵膨胀 ② 实际膨胀 ③ 定熵压缩 ④ 实际压缩 ⑤ 定压加热 ⑥ 定压放热 ⑦ 绝热节流
6.4.2 T-s图
定压线簇
T
C
p1
p1 p2
p2
例：水蒸气绝热节流过程
在T-s图上画出下列过程线： ① 定熵膨胀 ② 实际膨胀 ③ 定熵压缩 ④ 实际压缩 ⑤ 定压加热 ⑥ 定压放热 ⑦ 绝热节流
2 p 10MPa, h 1800kJ / kg
p 10MPa h 1407 .2kJ / kg, h 2724 .5kJ / kg; h h h 湿蒸气 v 0.0014522 m3 / kg, v 0.0018 m3 / kg; s 3.3591 kJ / kg K , s 5.6139kJ / kg K ; x h h / h h 0.298; v v xv v 0.001556 m 3 / kg; s s xs s 4.031kJ / kg K
a2 b2 c3 d2 e2
e1 d1
a1b1
c1
d1 e1
v
a2
a1
b1
c1
s
在湿蒸气区，p↑→气化线 平行上移，∆u, ∆h, ∆s↓
T-s图上，在液相区不同压力值的定压线非常密 集地分布在饱和液线左侧，在通常尺度的线图上， 低于pc的定压线通常都与饱和液线相重合。
（2）定压加热过程中的吸热量
s s ' xs '' s '
过热 蒸汽 根据p、h 查未饱和 水和过热 蒸汽表得 到s、v、t
未饱 和水 根据p、h 查未饱和 水和过热 蒸汽表得 到s、v、t
t ts p
v v ' xv '' v '
查表指南：如何插值
如p=0.02MPa，s=8kJ/(kgK),求h=？ t=？
1
2
p
s
6.5 蒸气热力性质图、表的应用
① 已知状态参数→确定状态点，查出其它状态参数； ② 过程条件→确定过程进行的途径和方向，在各种状态参数 坐标图上正确地表示出来。
③ 第一定律分析：计算过程的换热量和功量，了解这些热量
及功量在应用的坐标图上对应的线段或面积。
④ 第二定律分析：计算过程中的有效能交换、有效能变化、
例：利用水蒸气表判断下列各点状态，并确 定h，s，x
1 p 10MPa, t 250℃ 2 p 10MPa, h 1800kJ / kg
1 p 10MPa, t 250℃
p 10MPa t s 311.037℃ t t s 过冷液 插值得：h 1085.8kJ / kg, s 2.7784kJ / kg K , v 0.001242 m 3 / kg
例
将m=200kg的NH3充入容积V=1m3的容器内，其温度为室温t=30℃。 试问容器中NH3处于什么状态？压力是多少？若为湿蒸气状态，则氨 液和氨蒸气各占多大容积？
6.4蒸气热力性质图
6.4.1 h-s图
饱和蒸气线
x 1
C h
饱和液线 x0
s
例：定压线簇
如何确定h-s图上各定值线簇的“走势”？ 依据：dh = Tds + vdp
定干度线簇 x = (h – h’) /(h” – h’) = (s – s’)/(s” – s’)
（湿汽区定p线等分点的连线） ∵H = mh = m’h’ + m”h” = (m – m”)h’ + m”h” = mh’ + m”(h” – h’) ∴h = h’ + x(h” – h’) ，同理 s = s’ + x(s” – s’)
有效能耗散。
例
2MPa,40℃的水(1)，在锅炉内定压 吸热，成为饱和蒸汽(2)；又在过热 器内定压吸热，成为300℃的过热 蒸汽(3)；再经阀门绝热节流，压力 降至1MPa(4)；然后进入汽轮机绝 热可逆膨胀至0.005MPa的湿蒸汽 (5)排出汽轮机。试求每kg蒸汽: (1)在锅炉和过热器内的吸热量； (2)汽轮机内的作功量，进出汽轮 机的蒸汽焓、温度，乏汽干度； h
在液体加热阶段，cp较大，所以定压线斜率较小。 在气化阶段，定压气化过程也是定温过程，所以 在两相平衡区，定压线为水平线段。
在过热阶段，cp较小，所以定压线斜率较大。
p-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程
p
pc
C
p pc
Tc
T
Tc
p pc pc
T Tc
e2
C
b2 c2 d 2 p
根据p、 t查未饱 和水和 过热蒸 汽表得 到h、s、 v
查表指南：已知p、s
根据p查表得到饱和参数s’,s’’/ h’,h’’/ v’,v’’
s’<s<s’’
s>s’’
s<s’
湿蒸 汽
s s' x '' ' 计算干度x s s
h h ' xh '' h '
过热 蒸汽 根据p、s 查未饱和 水和过热 蒸汽表得 到h、v、t
未饱 和水 根据p、s 查未饱和 水和过热 蒸汽表得 到h、v、t
t ts p
v v ' xv '' v '
查表指南：已知p、h
根据p查表得到饱和参数s’,s’’/ h’,h’’/ v’,v’’
h’<h<h’’
h>h’’
h<h’
湿蒸 汽
h h' x '' h h ' 计算干度x
蒸气的热力性质
第六章
作业
6-6 6-13
水蒸气是大型动力装置中应用最广泛的工质 如果水蒸气分压力较低，或是温度较高时，可按 理想气体处理（如：燃气轮机中的水蒸气） 在大多数情况下，水蒸气离液态不远，不可以当 作理想气体
6.1水蒸气的饱和状态
6.1.1 p-T相图
p低，T高：气相区
p
2 MPa
3 300℃ 1 MPa 4 0.005MPa
qsu
w
2
C qb
1 5 5’
s=s5’-s4
s
例
容器内水蒸气压力p0=4MPa，经绝热节流到出口状 态1，测得p1=0.1MPa， t1=120℃，问容器内蒸汽处 于什么相区，并查出其对应参数。
例
压力p1=0.6MPa、温度t1=120℃的未饱和水，与压力p2=p1、温 度t2=250℃的过热蒸汽流入除氧器（混合式加热器），绝热混 合成相同压力下的饱和水，流出的饱和水流量m3=500t/h。试 求流入除氧器的未饱和水流量m1、过热蒸汽流量m2以及混合 过程的熵产Sg，并将过程表示在T-s图上。 取除氧器为系统 m3 m1 m2 p2 m2 m3 h3 m1h1 m2 h2
(h/s)p = T
h
> 0
湿蒸气区：斜率为对应Ts的斜 直线。 p↑（Ts↑）→ 陡 过热蒸气区： (2h/s2)p > 0的曲 线。p↑ → 陡
s
h-s图上其他定值线簇
依据：dh = Tds + vdp
定温线簇 (h/s)T = T + v(p/s)T = T – 1/aV > 0
饱和液
湿蒸气
饱和蒸气
过热蒸气
查表指南：已知p、t
根据pห้องสมุดไป่ตู้表得到饱和温度ts(p)
t> ts(p)
t= ts(p)
t< ts(p)
过热 蒸汽
饱和 态
未饱 和水
根据p、t 查未饱 和水和 过热蒸 汽表得 到h、s、 v
根据p或t 查饱和水 和饱和蒸 汽表得到 h’/h’’、 s’/s’’、 v’/v’’