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1、第七章 水和水蒸气的性质,基本知识点 水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的确定、水蒸气图表的结构和应用、水蒸气在热力过程中功量和热量的计算。,本章重点：工业上水蒸气的定压生成过程，学会使用水蒸气热力学性质的图表，并能熟练的运用于各种热力过程的计算。,水和水蒸气是实际气体!,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,7-1 纯物质的热力学面及相图,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
2、物质各种状态 的曲面,水的三态：,冰、水、蒸汽,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,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,三相线与临界点,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,水的三相线,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,升华线,升华线,凝固线,凝固线,汽化线,汽化线,思考题,没有。t374.16,有
3、,3.有没有500C的水？,1.溜冰冰刀,2.北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相,4.有没有-3 的蒸汽？,5.一密闭容器内有水的汽液混合物，对其 加热，是否一定能变成蒸汽？,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,饱和线、三相线和临界点,p,v,饱和气线,三相线,饱和液线,饱和固线,T,临界点,汽相和液相,因固相不流动，更关心汽液两相,冰蓄冷,7-2 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
4、发：汽液表面上的汽化,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,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,7-3 水蒸气的定压发生过程,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,
5、h=h,h h h,h h,s s,s=s,s=s,s s s,s s,水蒸气定压发生过程说明,(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,s,p-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程,一点，二线，三区，五态,等压线上饱和态参数,p,ts,v,(bar),v,s,s,kJ/(kg.K),0.006112,0.01,0.00100022,206.175,0.0,9.1562,1.0,99.63,0.0010434,1.6946,1.3027,7.3608,5.0,151.85,0.0010
6、928,0.37481,1.8604,6.8215,50.0,263.92,0.0012858,0.03941,2.9209,5.9712,221.29,374.15,0.00326,0.00326,4.429,4.429,(bar),(),b,d,b,d,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,7-4 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,1875年，吉布斯提出了吉布斯相律,水和水蒸气状态
7、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，其它参数与两相比例有关,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：,0 x 1,在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义,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,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,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）,未饱和水和过热蒸汽表（
8、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,未饱和水和过热蒸汽表(注意下划线）,如何在图上表示功和热,p-v图（示功图）：面积代表功,能否用线段表示热和功,T-s图（示热图）：面积代表热,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）,斜直线,向上翘的发散的形线,C点为分界点，不在极值点
9、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=0,7-5 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,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)=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
10、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,测量干度原理 绝热节流,可逆过程：,12,水蒸气的定容过程,实际设备中不常见,1,2,p,v,水蒸气的定容过程,1,T,s,h,s,p,T,2,1,2,v,p,v,
