工程热力学 课件 第七章 水蒸气.ppt
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汽化潜热γ：由饱和水定压加热为干饱和蒸汽所 需的热量为汽化潜热
过热热qsup：过热过程中蒸汽吸收的热量称为过 热热
干度：在1kg湿蒸汽中含有xkg饱和蒸汽，饱和 水为(1-x)kg
过热度：过热蒸汽的温度超过饱和温度之值称为 过热度
水的临界压力、临界温度、临界比体积 pcr=22.064MPa , Tcr=373.99 ℃ vcr=0.003106m3/kg
水的三相点的平衡压力和温度分别是
ptp=611.659Pa , Ttp=273.16K(ttp=0.01℃) 三相点液相比体积vtp'=0.00010021m3/kg
7-2 水的定压加热汽化过程
水的定压汽化过程
水的定压沸腾汽化：过冷水→饱和水→湿饱和蒸 汽→干饱和蒸汽→过热蒸汽
液体热ql ：水在定压下从未饱和状态加热到饱 和状态称为预热阶段，所需的热量为液体热
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
u = h - pv
T-s图
水蒸汽的T-s图（见图7-7）由界限曲线划分为湿 区和过热区，有定干度线、定压线、定容线和定 热力学能线 可据任意两个已知状态参数求得其它各参数 h = u + pv
h-s图
水蒸汽的h-s图（见图7-8）可用于计算水蒸汽循 环中的功、热量及热效率 湿蒸汽区（湿区）有定压线和定干度线 过热蒸汽区（过热区）有定压线和定温线
7-5 水蒸汽的基本过程
利用图表分析计算水蒸汽的状态变化过程
根据初态的两个已知参数，(p,t)或(p,x)、(t,x)从 表或图中查得其它参数
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
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
当水的温度小于100 ℃时，cp≈4.1868kJ/ (kg·K)
h
h0
ql
4.1868Ts
K
kJ/kg
s
c Ts
273.16K p
dT T
4.1868ln TsK kJ/(kg K)
273.16
当压力与温度较高时，上两式不适用
压力为p的干饱和蒸汽
加热饱和水至压力为p、温度为ts的干饱和蒸汽 汽化潜热为
饱和状态时的温度称为饱和温度，蒸汽压力称为 饱和压力
克拉贝隆-克劳修斯方程描述了饱和状态下饱和 压力和饱和温度之间的关系
dp
dT s
s v
s v
Ts
v v
水的相图及三相点
三相点：三条相平衡曲线的交点称为三相点，三 相点的自由度为零
第七章 水蒸气
7-1 饱和温度和饱和压力
水的相变过程
汽化：水由液态转变为气态的过程称为汽化 蒸发：在水表面进行的汽化过程称为蒸发 沸腾：在水表面和内部同时进行的强烈汽化过程称
为沸腾 凝结：水由气相转变为液相的过程称为凝结
饱和状态
饱和状态：液态水和蒸汽处于动态平衡的状态
处于饱和状态的蒸汽称为饱和蒸汽，液态水称为 饱和水
vx xv 1 xv
p不太大时， vx xv
hx xh 1 xh sx xs 1 xs
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
根据过程特征及一个终态参数确定终态，再从表 或图上查得其它参数
根据已求得的初、终态参数计算q、△u及w
定容过程（v=定值）
w pdv 0 ，q u u2 u1
u h pv
定压过程（p=定值）
w pdv pv2 v1
q， h h2 h1
水的定压汽化过程在p-v及T-s图上的表示
三个区：过冷水区、湿蒸汽区和过热蒸汽区 两条线：饱和水线和饱和蒸汽线 五个状态：过冷水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱
和蒸汽和过热蒸汽
7-3 水和水蒸汽的状态参数
零点的规定
选定水的三相点，即273.16K的液相水作为基准点， 规定该点状态下的液相水的热力学能和熵为零 对于t0=ttp=0.01 ℃ , p0=ptp=611.659Pa的饱和水 u0'=0kJ/kg , s0'=0kJ/(kg·K) v0'=0.00100021m3/kg , h0'=0kJ/kg
Ts s s h h u u pv v
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
温度为0.01 ℃ 、压力为p的过冷水
对于过冷水 v0≈0.001m3/kg , u0=0kJ/kg h0≈0kJ/kg , s0≈0kJ/(kg·K)
温度为t、压力为p的饱和水
0.01℃的水在定压p下加热至ts的饱和水所需液体热
ql
c dT Ts
273.16K p
c pTs
u u2 u1 或 u q w
定温过程（T=定值）
q Tds Ts2 s1
，u u2 u1
w q u
百度文库
定熵过程（可逆绝热过程，s=定值）
q Tds 0 ，w u u1 u2
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
过热热qsup：过热过程中蒸汽吸收的热量称为过 热热
干度：在1kg湿蒸汽中含有xkg饱和蒸汽，饱和 水为(1-x)kg
过热度：过热蒸汽的温度超过饱和温度之值称为 过热度
水的临界压力、临界温度、临界比体积 pcr=22.064MPa , Tcr=373.99 ℃ vcr=0.003106m3/kg
水的三相点的平衡压力和温度分别是
ptp=611.659Pa , Ttp=273.16K(ttp=0.01℃) 三相点液相比体积vtp'=0.00010021m3/kg
7-2 水的定压加热汽化过程
水的定压汽化过程
水的定压沸腾汽化：过冷水→饱和水→湿饱和蒸 汽→干饱和蒸汽→过热蒸汽
液体热ql ：水在定压下从未饱和状态加热到饱 和状态称为预热阶段，所需的热量为液体热
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
u = h - pv
T-s图
水蒸汽的T-s图（见图7-7）由界限曲线划分为湿 区和过热区，有定干度线、定压线、定容线和定 热力学能线 可据任意两个已知状态参数求得其它各参数 h = u + pv
h-s图
水蒸汽的h-s图（见图7-8）可用于计算水蒸汽循 环中的功、热量及热效率 湿蒸汽区（湿区）有定压线和定干度线 过热蒸汽区（过热区）有定压线和定温线
7-5 水蒸汽的基本过程
利用图表分析计算水蒸汽的状态变化过程
根据初态的两个已知参数，(p,t)或(p,x)、(t,x)从 表或图中查得其它参数
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
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
当水的温度小于100 ℃时，cp≈4.1868kJ/ (kg·K)
h
h0
ql
4.1868Ts
K
kJ/kg
s
c Ts
273.16K p
dT T
4.1868ln TsK kJ/(kg K)
273.16
当压力与温度较高时，上两式不适用
压力为p的干饱和蒸汽
加热饱和水至压力为p、温度为ts的干饱和蒸汽 汽化潜热为
饱和状态时的温度称为饱和温度，蒸汽压力称为 饱和压力
克拉贝隆-克劳修斯方程描述了饱和状态下饱和 压力和饱和温度之间的关系
dp
dT s
s v
s v
Ts
v v
水的相图及三相点
三相点：三条相平衡曲线的交点称为三相点，三 相点的自由度为零
第七章 水蒸气
7-1 饱和温度和饱和压力
水的相变过程
汽化：水由液态转变为气态的过程称为汽化 蒸发：在水表面进行的汽化过程称为蒸发 沸腾：在水表面和内部同时进行的强烈汽化过程称
为沸腾 凝结：水由气相转变为液相的过程称为凝结
饱和状态
饱和状态：液态水和蒸汽处于动态平衡的状态
处于饱和状态的蒸汽称为饱和蒸汽，液态水称为 饱和水
vx xv 1 xv
p不太大时， vx xv
hx xh 1 xh sx xs 1 xs
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
根据过程特征及一个终态参数确定终态，再从表 或图上查得其它参数
根据已求得的初、终态参数计算q、△u及w
定容过程（v=定值）
w pdv 0 ，q u u2 u1
u h pv
定压过程（p=定值）
w pdv pv2 v1
q， h h2 h1
水的定压汽化过程在p-v及T-s图上的表示
三个区：过冷水区、湿蒸汽区和过热蒸汽区 两条线：饱和水线和饱和蒸汽线 五个状态：过冷水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱
和蒸汽和过热蒸汽
7-3 水和水蒸汽的状态参数
零点的规定
选定水的三相点，即273.16K的液相水作为基准点， 规定该点状态下的液相水的热力学能和熵为零 对于t0=ttp=0.01 ℃ , p0=ptp=611.659Pa的饱和水 u0'=0kJ/kg , s0'=0kJ/(kg·K) v0'=0.00100021m3/kg , h0'=0kJ/kg
Ts s s h h u u pv v
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
温度为0.01 ℃ 、压力为p的过冷水
对于过冷水 v0≈0.001m3/kg , u0=0kJ/kg h0≈0kJ/kg , s0≈0kJ/(kg·K)
温度为t、压力为p的饱和水
0.01℃的水在定压p下加热至ts的饱和水所需液体热
ql
c dT Ts
273.16K p
c pTs
u u2 u1 或 u q w
定温过程（T=定值）
q Tds Ts2 s1
，u u2 u1
w q u
百度文库
定熵过程（可逆绝热过程，s=定值）
q Tds 0 ，w u u1 u2
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