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1、第七章 水蒸汽,7-0 概论 复习理想气体 理想气体状态方程 实际气体水蒸汽 或写成 其中，a、b称为范德瓦尔斯常数,气体分子元体积,分子间不计相互作用力,分子间相互作用力明显,气体分子本身有体积（特别是P大时）,实际气体的范德瓦尔斯方程,修正作用力,修正容积,实际气体方程（）维里方程 B、C、D为待定系数，一般也由实验测定 实际气体方程（）卡洛维奇方程 卡洛维奇方程式：,其中a、b、m由实验待定。 实际气体方程（）严家禄方程，写成 而,临界压缩因子,7-1 水蒸汽的产生过程若干概念a. 气化：水由液相转变为汽相的过程b. 凝结：由汽相变为液相的过程，气化的逆过程 c. 沸腾：液相内部汽化过程
2、，一般只有达到沸点时才发生d. 临界温度（tc）：当水的温度超过一定的温度时，液相不可能存在，而只能存在气相，此时的温度称为临界温度e. 临界压力（pc）：与临界温度tc相对应的饱和压力称为临界压力pc ，水的临界点参数为：,f. 饱和状态：进入界面和离开界面的水蒸汽 分子数相等时，水蒸汽的压力自动稳定在 一定的数值上，水蒸汽与水组成的系统处于平衡状态，这时，气化与凝结处于动态平衡，该状态称为饱和状态。对于水，存在饱和 水状态和饱和水蒸汽状态。处于饱和状态的压力称为饱和压力ps，处于饱和状态的温度称为饱和温度ts,一般地， 写成 其中，ts既可以是饱和蒸汽温度，亦可以是饱和液体温度 g. 三相
3、点：当水的压力低于某一数值时，液相不可能存在，而仅可能是气相或固相 pA三相点压力，tA三相点温度水的三相点压力和温度分别是：,7-2 水的定压加热汽化（水蒸汽的产生）过程三个阶段、五种状态 液体加热阶段：处于液态，吸收的热量称为液体热，用ql表示， 阶段汽化阶段：发生相变，由液态水汽态水，特点是定温定压，一定的压力对应于一定的饱和温度，吸收的热量为汽化前热 阶段过热阶段：处于气态，吸收的热用于加热蒸汽，蒸汽的温度高于该压力下的饱和温度。,过热阶段习惯上用过热度来表示蒸汽。 过热度 五种状态： 状态1未饱和水状态，特点是温度低于该 压力下所对应的饱和水的温度 状态2饱和水状态：这时水的温度为该
4、压 力下的饱和温度 状态3湿蒸汽状态：汽化过程，处于汽液 两相共存状态，引入干度和湿度概 念,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 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,三相点,临界点,饱和点,水水蒸汽的三个阶段 五种状态，在T-S 图上表示为：水蒸汽的P-V图和T-S图：T-S图上，X=1 为饱和蒸汽线，上界线,ab液体加热,bc d汽化,de过热,X=0 为饱和液体线，下界线 水蒸汽的定压发生过程概括为： 一点三相点 两线 三区 五态,上界线,下界线,汽,固
5、,液,过热蒸汽,饱和蒸汽,湿蒸汽,饱和液,未饱和液,7-2-2 水蒸汽定压发生过程的热量计算,（）水的定压预热液体加热阶段 定压过程热交换量=液体焓的增加 则（）饱和水的定压汽化过程相变阶段 特点：定温定压，汽液相共存，相变潜热 为 其中,h饱和水焓,h0温度为t0时的焓,s”干饱和水蒸汽熵,s饱和水的熵,h”饱和水蒸汽焓,h饱和水的焓,（）定压过热阶段加入的热量用于增加 水蒸汽的焓 设加热终了水蒸汽的温度为t，则 对于定压过程 其中 则，由0的水定压加热至t过热蒸汽所需要加热量为,h压力为p温度为t时水蒸汽的焓,h”压力为p温度为ts时水蒸汽的焓,t过热度,7-3 水蒸汽图表,7-3-1 水
6、和水蒸汽的状态参数计算 三相点：当PPA时，液相不可能存在，只 能存在气、固相。PA三相点压力 三相态：纯水在冰、水和汽三相平衡共存 时的状态。 水处于三相态时 这里，规定三相态时饱和水的内能（1）温度为ts，压力为P的饱和水参数：该参数落,在水蒸汽图表X=0的下界线上，可查饱和水和水蒸汽图表获得。其中，饱和水的熵s的计算为（2）压力为P的干饱和蒸汽参数：可查T-s图上X=1上界线的参数和附表饱和水和水蒸汽图表求得，其参数的计算为：,（3）压力为P的湿饱和蒸汽：由于 即饱和压力与饱和温度一一对应，不是独立的参数，故必须再知道一个表示湿蒸汽成分的参数才能使之确定，这个参数为X（干度），湿蒸汽参数
7、依下式计算：,（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），则过热蒸汽焓内能熵 一般情况下，过热蒸汽参数可以从附表中查到,7-3-1 水蒸汽热力性质表 A.零点的规定 编制水蒸汽表图过程中，对u、s的计算起点（即零点）有专门的国际规定，即以水的三相点的液相水为基准点，其参数为 在此参数下液相水的内能和熵值为0，即而,B.水蒸汽表的分类B-1：未饱和水及过热蒸汽表，列出在各种压力及温度下的未饱和水及过热蒸汽的v、h、s值，水蒸汽的内能未列出，可按u=h-pv计算。B-2：以温度为序的饱和水及干饱和蒸汽表B-3：以压力为序的饱和水及干饱和蒸汽表 其中，饱和液体参数
8、在右上角标“ ”，饱和蒸汽参数在右上角标“ ” ”C.汽液两相区的参数计算 在汽液两相共存状态中，既含有液体也,含有蒸汽，是饱和液体和饱和蒸汽的混合物，称为湿蒸汽。若以 分别表示干度为x的1湿蒸汽参数，则由前面已知：,计算举例试确定压力p=1MPa，温度分别为100 、200、 300的水对应的状态分析： 查以压力为序的饱和蒸汽表，得 故100 时为未饱和水， 200 和 300时为过热蒸汽,7-3-2 水蒸气热力性质图 由于蒸汽表示不连续的，在求表列值间隔中的数据时，必须使用内插法，给使用带来不便绘制水蒸汽的各种热力性质图，水蒸汽图一般包括水蒸汽的P-V图、水蒸汽的T-S图、水蒸汽的h-s图
9、和 （压焓）等。重点介绍h-s图。,（a）定压线群： 一簇发散线群。由于 故曲线走向：在湿蒸汽区 p 为常数，这时定压线为一簇直线，过热区内，由于p随T增大，故定压线为一簇上翘曲线。,（b）定温线群：由于 湿蒸汽区中 即压力与温度保持不变，则 则 就是说，湿蒸汽区中定温线与定压线斜率相等的直线，定压线与定温线重合，过热蒸汽区中， 定温线较定压线平坦。定温线愈向右（即过热度愈大时）愈平坦，逐渐接近定焓线，说明随着过热度增加，水蒸气的性质接近于理想气体。,（d）定容线：由于 定容过程 即定容线是一簇斜率比定压线陡的曲线。,（c）定干度线：即 的曲线，只有在湿蒸汽区中才有,7-3-3 热力性质图表的
10、应用A-查取状态参数，由任意两个已知独立参数未知其他参数。B-分析和计算各种蒸汽的热力过程（动力工程上广泛应用）计算步骤为：1. 由初态两个独立参数和终态的一个参数及过程条件，确定初、终态其他参数2. 确定过程中工质与外界的能量交换，计算过程的功量和热量，这时，理想气体状态方程及其所推导的有关公式已不能用，但热力学第一、第二定律仍可用。,应用水蒸气图（h-s）进行计算举例：例(1): 容积为85L的容器中，盛有液体水（质量 气体水质量 求容器中的压力。分析：已知 ，可先求干度X 又已知容器容积，则湿蒸汽比容可得：,由于 则可求得该湿蒸汽的对应的干饱和蒸汽比容为 查表得 有内插法，例(2) 2水
11、盛于V=0.2m3的抽空密闭容器中加热至200，求容器中P，h，蒸汽质量mg和其体积vg分析： 200 时，查得,故200 时的蒸汽为湿蒸汽 由 又,7-5 水蒸汽的基本热力过程,基本热力过程定容、定温、定压、绝热一般热力过程多变过程分析热力过程的目的 一般地，水蒸汽的基本热力过程的计算，不采用分析计算，而是采用h-s图表来分析计算。在h-s图上，水蒸汽的基本热力过程克表示为：,计算工质状态变化,计算热(能)量交换,定压,定容,水蒸汽定压发生过程（dp=0） 水蒸汽定容发生过程dv=0 定温发生过程dT=0,定温,绝热,对于可逆绝热发生过程（1-2，ds=0） 不可逆绝热发生过程（1-2，ds=0） 定熵效率,例(3) 水蒸汽由 可逆绝热膨胀到 计算 分析：查 查 可逆绝热膨胀 则,则,例(4) 蒸汽进入汽轮机， 求每千克蒸汽在汽轮机内所完成的功量 此不可逆过程中的熵产,分析： 由 若过程可逆，则 查得 则 而过程实际不可逆， 求得 查 则过程不可逆熵产为,
