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1、第七章 水蒸汽,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。,水蒸气作为工质的优点： （1）因为容易取得、便宜，热力参数、传热性质适宜，无毒、对环境友好，水蒸气作为工质被广泛使用；,水蒸气的特点： 水蒸气是由液态水经汽化而来的一种气体，它离液态较近，不能把它当成理想气体处理，它的性质比一般实际气体还要复杂。,（2）具有代表性，许多工质的热力性质与水蒸气的性质及物态变化规律基本相同，仅是物态变化时参数不同而已。,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,
2、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,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,一般物质对于凝固时体积缩小的物质（如二氧化碳），融解曲线斜率为正；对于凝固时体积增大的物质（如水）， 融解曲线斜率为负，表明压力升高融点降低。举例（滑冰时冰融化为水减小阻力）。 液态与汽态区以及它们之间汽化曲线。纯物质的汽化曲线斜率均为正。 三相态：固、液、汽共存的状态。三相态汽液共存曲线的最低点也称三相点。,注意：三相点与临
3、界压力不同，它不是一个确定的状态点，它只是三相共存线在p-t图的投影。,临界点,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,水的临界点状态,水的三相线,三相共存时混合物的温度和压力是确定的，但是比体积将视固、液和汽三相的比例而定，不是一个确定值。 汽化: 由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化),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),蒸发：汽液表面上的汽化,饱和状态：当汽化分子数和凝结分子数处于动态平衡时，宏观上蒸发现象将停止，这种汽化和凝结的动态平衡状态称为饱和状态。 饱和状态下的压力和温度称为饱和压力和饱和温度。 处于饱和状态
4、下的蒸汽和液体分别称为饱和蒸汽和饱和水。,湿蒸汽： 干饱和蒸汽： 饱和温度和饱和压力必存在单值的对应关系：,第二节 水蒸气的定压发生过程,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,h = h,h h h,h h,s s,s = s,s = s,s s s,s s,一、水蒸气的定压发生过程 1、定压预热阶段 水在定压下从未饱和状态加热到饱和状态为预热阶段。 2、饱和水汽化阶段 饱和水定压加热为饱和干饱和蒸汽的过程称为汽化阶段。,3、
5、干饱和蒸汽定压过热阶段 干饱和蒸汽再继续加热时，蒸汽温度自饱和温度升高，比容增大为蒸汽的定压加热阶段。 蒸汽的温度高于对应压力下的饱和温度此时的蒸汽称为过热蒸汽。,二、水蒸气的p-v图与T-s图,一点：临界点 两线：饱和液体线、饱和蒸汽线 三区：未饱和液体区、湿饱和蒸汽区、 过热蒸汽区 五种状态：未饱和水状态、饱和水状态、湿饱和蒸汽状态、干饱和蒸汽状态和过热蒸汽状态。,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,问题：随着压力的增加定压预热阶段所需的热量是增加
6、还是减少？气化潜热是增加还是减少？为什么？,第三节 水蒸气表和焓-熵图 一、水蒸气参数的计算 1、零点的规定 根据1963年第六届国际水蒸气会议决定，以水物质的三相（纯水的冰、水和汽）平衡共存状态下的饱和水为基准点。规定在三相态时饱和水的内能和熵为零。其参数为： to=0.01oC, po=0.6112kPa, vo=0.00100022 m3/kg, uo=0 kJ/kg, so=0 kJ/(kg K),ho= uo + po vo=0.000611kJ/kg0 2、温度为0.01oC、压力为p的未饱和水 由于水的压缩性小，可以认为水的比容与压力无关。因此温度为0.01oC时，不同压力水的比
7、容可以近似地认为相等，即vo0.001 m3/kg。因温度相同、比容相同，所以内能也相同，于是uo= uo =0, 从而熵也相同，即so= so =0。当压力不高时，焓也近似认为相同，ho= uo + po vo=0,3、温度为ts oC、压力为p的饱和水 0.01oC的水在定压p下加热至ts成饱和水，所以加入的热量称为液体热，用q1表示。 按水的平均比热 随着压力升高，ts升高，因而ql也增大。 说明：上标“”表示为饱和液体。,4、压力为p的干饱和蒸汽 汽化潜热：汽化过程加热的热量。用“r”表示。,5、压力为p的湿饱和蒸汽,干度定义 两相比例,干饱和蒸汽,饱和水,对干度x的说明：,0 x 1
8、,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,6、压力为p的过饱和蒸汽 在一定温度下，比热随压力增加而增加。在一定压力下，比热随温度增加而减少。,二、水蒸气表 针对水的五种不同状态，一般的蒸汽表分为两类： 1、饱和蒸汽表 表中列出饱和液体线（各参数的右上角标以“”）和蒸汽蒸汽线各参数的右上角标以“”）上的数据； 2、未饱和液体与过热蒸汽表 列出了未饱和液体和过热蒸汽两个取得数据。表上以黑簇线将两个状态隔开，,上方为未饱和液体，下方为过热蒸汽
9、。为了查用方便，饱和液体和饱和蒸汽表又分为按温度与按压力排列两种方式。,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（节录）,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，其它参数与两相比例有关,判断工质所处状态的具体方法： 1、已知（t, p）根据t判断 t ts(p) 工质处于过热蒸汽状态,2、已知（t, p）根据p判断 根据t，可查出对应的饱和压力ps。 pps(t) 工质处于液体区，工质处于未饱和状态。,3、若已知p(或t)以及某一参
10、数y(v或s或h)，查饱和蒸汽表得y、y”，比较y与y、y”的大小 yy” 工质处于过热蒸汽状态 4、若已知p（或t）及干度x 则工质处于湿蒸汽区。,三、水蒸气的焓熵图,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）,C点为分界点，不在极值点上,斜直线,向上翘的发散的形线,定压线为一族斜率不同的直线。在过热区，随着温度的增加，定压线趋于陡峭。,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,在一定温度下，随着压力的降低水蒸气趋近于理想气体，定温线趋于水平的定焓线。,在x=0, x=1之间，从C点出发
11、的等分线,上式中，v0, ，因此定容线的斜率比定压线大，曲线比它陡。,焓 熵 图,h,s,C,x=1,x=0,解释：定焓、定熵、定压、定温和定容线。 临界点不在最大焓点。位于其左侧。,第四节 水蒸气的基本热力过程 水蒸气的基本热力过程也是定容、定压、定温和绝热四种。 计算水蒸气热力过程的任务： （1） 过程初态与终态的参数 （2） 过程中的热量、功量和内能的变化量。,由于蒸汽没有适当而简单的状态方程式，不能有分析法求得各个参数；再因蒸汽的cp、cv以及h和u都不是温度的单值函数，而是p或v和T的复杂函数，所以不采用分析法求解,而是采用查图、表的方法。,分析蒸汽热力过程的一般步骤： 用蒸汽图表由
12、初态的两个已知参数求其它参数。 根据题示的过程性质，如定压过程等，加上另一个终态参数即可在图上确定进行的方向和终态，并读得终态参数。,1、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,定压过程,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,2、水蒸气的绝热过程,p1,
13、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,绝热过程,3、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,定温过程,4、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,定容过程,作业：7-4，7-9，7-10，7-12，7-14,