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1、第六章水蒸气的性质和过程,朱嘉敏,水和水蒸气是实际气体的代表,1,优点: 便宜，易得，无毒， 膨胀性能好，传热性能好,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,目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质,冰、水、蒸汽,物质有三种聚集状态：固态、液态、气态,纯物质的热力学面及相图,6-1,热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态的曲面,水的三态：,纯物质：各相中化学成分均相同的物质,纯物质的热力学面及相图,6-1,两相区,单相区,气,固,六个区：三个单相区、三个两相区,液-气,固-气,固-液,液,纯物质的热力学面及相图,6-1,p,v,四个线：三个饱和线、一个三相线
2、,饱和气线,饱和固线,T,临界点,饱和液线,气液共存的最高点,三相线,等温线是鞍点,固液,液体,固体,三相点,蒸汽,固汽,液汽,C,p,t,气体,（汽化线）,（凝固线）,（升华线）,临界点,0.01,22.129MPa,374.15,611.2Pa,有没有500C的水？,溜冰冰刀,北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相,有没有-3 的蒸汽？,p,p,T,T,液,液,气,气,固,固,水,一般物质,三相点,三相点,临界点,流体,升华线,升华线,凝固线,凝固线,汽化线,汽化线,流体,汽化与饱和,6-2,固相不流动，热力工程中更关心液、气相以及液-气共存。,沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化,(气体和液
3、体均处在饱和状态下),饱和状态：汽化与凝结的动态平衡,蒸发：汽液表面上的汽化,汽化,6-3,这时液体与蒸汽处于动态平衡状态，称为饱和状态,汽化与饱和,饱和压力 饱和温度 一一对应,ps=1.01325bar,Ts=100 ,青藏ps=0.6bar,Ts=85.95 ,高压锅ps=1.6bar,Ts=113.32 ,水蒸气的定压发生过程,6-3,t ts,t = ts,t = ts,t = ts,t ts,v v,v = v,v = v,v v v,v v,未饱和水,饱和水,饱和湿蒸汽,饱和干蒸汽,过热蒸汽,h h,h = h,h = h,h h h,h h,s s,s = s,s = s,s
4、s s,s s,水蒸气的定压发生过程,6-3,(1),(2),只有熵加热时永远增加,(3) 理想气体,实际气体汽化时，TTs不变，但h增加,汽化潜热,(4) 未饱和水,过冷度,过冷水,过热蒸汽,过热度,水蒸气的定压发生过程,6-3,p,ts,v,(bar),s,s,kJ/(kg.K),0.006112,0.01,0.00100022,206.175,0.0,9.1562,1.0,99.63,0.0010434,1.6946,1.3027,7.3608,5.0,151.85,0.0010928,0.37481,1.8604,6.8215,50.0,263.92,0.0012858,0.03941
5、,2.9209,5.9712,221.29,374.15,0.00326,0.00326,4.429,4.429,(bar),(),b,d,b,d,v,水蒸气的定压发生过程,6-3,水蒸气的定压发生过程,6-3,定压加热线与饱和液线相近的说明,当忽略液体cp变化，,不同的p，液体近似不可压，v不变,对每个不变的T,水蒸气的定压发生过程,6-3,一点：临界点二线：下界线（饱和水线） 上界线（干饱和蒸汽线）三区：未饱和水区、湿蒸汽区、过热蒸汽区五态：未饱和水态、饱和水态、湿饱和蒸汽水态、干饱和蒸汽水态、过热蒸汽态,s,T,水和水蒸气状态参数及其图表,6-4,2、未饱和水及过热蒸汽,确定任意两个独立
6、参数，如：p、T,1、饱和水和干饱和蒸汽,确定p或T,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x kg饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。,已知p或T (h,v,s,h,v,s)+干度 x,h ,v ,s,定义,干饱和蒸汽,对干度x的说明：,0 x 1,在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义,两相比例由干度x确定,饱和水,水和水蒸气状态参数及其图表,6-4,一点,两线,三区,五态,一点,物质的临界点,两线,饱和蒸汽状态连线（上界限线）饱和液体状态连线（下界限线）,三区,汽态区：上界限线与临界等温线上段右侧区域,液态区：下界限线与临界等温线上段左侧区域,湿蒸汽区：上、下界限线之间的
7、锺罩形区域,定义,干饱和蒸汽,对干度x的说明：,0 x 1,在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义,两相比例由干度x确定,饱和水,水和水蒸气状态参数及其图表,6-4,水和水蒸气状态参数及其图表,6-4,水和水蒸气状态参数及其图表,6-4,表的出处和零点的规定,原则上可任取零点，国际上统一规定。,但 原则上不为0， 对水：,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。,焓、内能、熵零点的规定：,水的三相点,查表举例（1）,查表时先要确定在五态中的哪一态。,例.1 已知
8、 ：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,t=100 ts, 未饱和水,h=419.7kJ/kg,t=200 ts, 过热蒸汽,h=2827.5kJ/kg,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 ,湿蒸汽状态,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=?,t=250 ,湿蒸汽状态,未饱和水和过热蒸汽表(注意下划线）,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）,斜直
9、线,向上翘的发散的形线,C点为分界点，不在极值点上,焓 熵 图,h,s,C,x=1,x=0,焓熵图的画法(2),气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体,在x=0, x=1之间，从C点出发的等分线,焓 熵 图,h,s,C,x=1,x=0,6-5 水蒸气的热力过程,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,注意理想气体过程的区别,第一定律与第二定律表达式均成立,理想气体特有的性质和表达式不能用,准静态,可逆,水蒸气的定压过程,q = h wt = 0,3,4,2,1,例：锅炉中，水从30 ，4MPa, 定压加热到450 ,q = h2-h1,ts(4MPa)=
10、250.33,锅炉、换热器,水蒸气的定压过程,例：水从30 ，4MPa, 定压加热到450 ,q = h2-h1,2,T,s,h,s,2,h1 = 129.3 kJ/kg h2 = 3330.7 kJ/kg,h2,h1,1,3,4,1,4,3,=3201.4kJ/kg,水蒸气的绝热过程,p1,2,p2,不可逆过程：,汽轮机、水泵,1,2,q = 0,水蒸气的绝热过程,汽轮机、水泵,q = 0,2,1,2,不可逆过程：,p1,p2,水蒸气的绝热过程,汽轮机、水泵,q = 0,不可逆过程,p1,p2,2,1,h1,h2,h2,2,透平内效率,水蒸气的定温过程,实际设备中很少见,C,远离饱和线，接近于理想气体,水蒸气的定温过程,1,2,T,s,h,s,1,2,2,理想气体,可逆过程：,12,朗肯循环,简单蒸汽动力装置的主要热力设备：蒸汽锅炉、汽轮机、给水泵和冷凝器。 蒸汽动力装置的工作循环可以理想化为由两个可逆定压过程和两个可逆绝热过程组成的理想循环。,即 0-1定压吸热过程， 1-2绝热膨胀过程， 2-3定压放热过程， 3-4绝热加压过程。该循环称为朗肯循环，也称为简单蒸汽动力装置循环。,第六章 小 结,1、熟悉pT相图,2、熟悉1点2线3区5态,3、会查图表,4、基本热力过程在p-v、T-s、h-s图上的表 示，会计算 q、wt,
