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1、第六章 水和水蒸气的性质,第六章 水和水蒸气的性质,水蒸气是实际气体的代表,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,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,水蒸气是实际气体的代表水蒸气在空气中含量极小，当作理想气体一,本章主要内容,1. 实际工质的物性,3. 水蒸气图表的结构和应用,4. 水蒸气热力过程,2. 水蒸气的产生过程,水蒸气,蒸气,蒸汽,本章主要内容1. 实际工质的物性3. 水蒸气图表的结构和应用, 6-1 纯物质的热力学面及相图,
2、物质有三种聚集状态：固态、液态、气态,热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态 的曲面,水的三态：,冰、水、蒸汽, 6-1 纯物质的热力学面及相图物质有三种聚集状态：固态,水的热力学面,两相区,单相区,气,液,固,六个区：三个单相区、三个两相区,液-气,固-气,固-液,水的热力学面两相区单相区气液固pvT六个区：三个单相区、三个,纯物质（水）的相变,液汽 汽化（沸腾） 凝结固液 融化（熔解） 凝固汽固 凝华 升华,纯物质（水）的相变液汽 汽化（沸腾） 凝结,饱和线、三相线和临界点,p,v,四个线：三个饱和线、一个三相线,饱和气线,三相线,饱和液线,饱和固线,T,临界点,一个点：临界点,饱和线、
3、三相线和临界点pv四个线：三个饱和线、一个三相线饱和,水的临界点,水的临界点状态,饱和液线与饱和气线的交点,气液两相共存的pmax,Tmax,等温线是鞍点,临界点,水的临界点水的临界点状态饱和液线与饱和气线的交点气液两相共存,纯物质的p-T相图,p,p,T,T,液,液,气,气,固,固,水,一般物质,三相点,三相点,临界点,临界点,流体,流体,汽化线,汽化线,纯物质的p-T相图ppTT液液气气固固水一般物质三相点三相点,汽相和液相,因固相不流动，更关心汽液两相,汽相和液相锅汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器因固相不流动，更关,6-2 汽化与饱和,沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化,(气体和液体均处在
4、饱和状态下),饱和状态：汽化与凝结的动态平衡,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,6-2 汽化与饱和沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化(气体,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,Ts=100 ,青藏ps=0.6bar,Ts=85.95 ,高压锅ps=1.6bar,Ts=113.32 ,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p,6-3 水蒸气的定压发生过程,t ts,t = ts,t = ts,t = ts,t ts,v
5、 v,v = v,v = v,v v v,v v,未饱和水,饱和水,湿饱和蒸汽,干饱和蒸汽,过热蒸汽,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,6-3 水蒸气的定压发生过程t tst = tst =,水蒸气定压发生过程说明,(1),(2),熵在加热时增加,(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,过热蒸汽,水蒸气定压发生过程说明(1)(2)熵在加热时增加(3) 理,s,-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程,一点，二线，三区，五态,sp-
6、v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程一点，二线，三区，,6-4 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,6-4 水和水蒸气状态参数及其图表状态公理：简单可压缩系统,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，其它参数包括比参数与两相比例有关,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两,两相比例由干度x确定,定义,干饱和蒸汽,饱和水
7、,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确定定义干饱和蒸汽饱和水对干度x的说明：x,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。,已知p或T(h,v,s,h,v,s)+干度x,h ,v ,s,湿饱和蒸汽区状态参数的确定 如果有1kg湿蒸气,水和水蒸气表,两类,2、未饱和水和过热蒸汽表,1、饱和水和干饱和蒸汽表,水和水蒸气表两类2、未饱和水和过热蒸汽表1、饱和水和干饱和蒸,饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）,饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）,饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表
8、（按压,未饱和水和过热蒸汽表（节录）,饱和参数未饱和水和过热蒸汽表（节录）,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,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,查表举例（1）,查表时先要确定在五态中的哪一态。,例.1 已知 ：p=1MPa,试确定t=100, 200 各处于哪个状态, 各自h是多少？,ts(p)=179
9、.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（1）查表时先要确定在五态中的哪一态。例.1 已,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 蒸汽占有0.2m,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,查表举例（2）已知 t=250, 5kg 蒸气占有0.2m,查表举例（3）,已知 t=85, p=0.015MP
10、a , 试确定状态? h=?,ts=54.0 ,过热状态,p=0.015MPa,内插法,查表举例（3）已知 t=85, p=0.015MPa ,蒸汽动力循环,定压过程,等熵过程,蒸汽动力循环锅汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器定压过程等熵过程,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,6-5 水蒸气的热力过程任务： 确定初终态参数，热力过程,焓熵结构示意图,h,s,C,x=1,x=0,p,T,焓熵结构示意图hsCpx=1x=0pCpT,焓熵简化图,焓熵简化图,注意与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
11、和表达式不能用,准静态,可逆,注意与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,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 ，交换的热量,q = h2-h1,ts(4MPa)=250.33,锅炉、换热器,水蒸气的定压过程q = h342pv1例：锅炉中，水从30,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,水蒸气的定压
12、过程例：水从30 ，4MPa, 定压加热到45,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p12pvp2不可逆过程： 汽轮机、水泵1,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 = 0212Ts不可逆过程,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,水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q = 0hs不可逆过程 可逆过,水蒸气的绝热过程举例,p1,p2,2,1,h1,h2,h2,2,例：汽轮机,求：,解：由 t1、
13、p1查表,水蒸气的绝热过程举例hsp1p221h1h2h22例：汽,水蒸气的绝热过程举例,p1,p2,2,1,h1,h2,h2,2,求：,由 p2查表,水蒸气的绝热过程举例hsp1p221h1h2h22求：由,水蒸气的绝热过程举例,p1,p2,2,1,h1,h2,h2,2,求：,水蒸气的绝热过程举例hsp1p221h1h2h22求：,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pv实际设备中很少见TCTcT远离饱和线，接,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：,1 2,水蒸气的定温过程12Tshs122理想气体 可逆过程：1,5、注意与理想气体比较，哪些公式可用、 哪些不能用,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,5、注意与理想气体比较，哪些公式可用、第六章 小 结1、,第六章 完,第六章 完,
