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1、第十九讲 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 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
2、p,v,T表示的物质各种状态 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 p v T 六个区：三个单相区、三个两相区 液-气 固-气 固-液 p v T 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 TT 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
3、化线 纯物质的p-T相图 p p TT 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 7-1 饱和温度和饱和压力 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=
4、85.95 高压锅ps=1.6barTs=113.32 纯物质的p-T相图 p p TT 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 7-2 水的定压加热汽化过程 t ts v vv = vv = vv v v 未饱和水 饱和水 饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽 过热蒸汽 h hh = hh = hh h h s ss = ss = ss s s 水预热汽化过热 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
5、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 pts v (bar) vss kJ/(kg.K) 0.006112 0.010.00100022206.175 0.09.1562 1.099.630.00104341.69461.30277.3608 5.0151.850.00109280.374811.86046.8215 50.0263.920.00128580.039412.92095.9712 221.29374.150.003260.003264.4294.429 (bar)() 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
6、不变 对每个不变的T 73 水和水蒸气的状态参数 一、零点的规定 规定：三相点液态水热力学能及熵为零 即对于三相点状态下的饱和水： 此时，水的比体积 所以： 二、温度为0.01、压力为p的过冷水 因忽略水的压缩性，认为水的比体积不变， 所以 故在压缩过程中 压力不大 三、温度为t、压力为p的饱和水 0.01的水在定压p下加热至ts的饱和水，所加入的 热量: 当水的温度小于100，它的平均比热容 此时： 在温度与压力较高时，水的平均比热容变化较大 ，且焓也不能再认为是零，故不能用上两式计算。 四、湿饱和蒸汽 由t s（或p）与x共同确定： 7-4 水和水蒸气状态参数及其图表 状态公理：简单可压缩
7、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 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 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 = 0 饱和水x = 1 干饱和蒸汽 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,
8、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饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）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（按压力排列） 饱 和 参 数 未饱和水和过热蒸汽表（节录）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
9、零点的规定： 水的三相点 饱 和 参 数 未饱和水和过热蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表( (注意下划线）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 1、零点：零点：h h= =0 0，s s= =0 0 ；2 2、饱和汽线饱和汽线（上界线）、饱和液线（下界线界线 ） 3 3、等压线群：等压线群：p p 两相区两相区 p p T=ConstT=Const斜直线斜直线 单相区单相区 s s T T 向上翘的发散的形线向上翘的发散的形线 C点为分界点，不在极值点上 x x=0=0 焓 熵 图 h h s
10、 s C C p p x x=1=1 p p C C 焓熵图的画法(2) 气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体 两相区：T、p一一对应，T 线即 p 线 在x=0, x=1之间，从C点出发的等分线 同理想气体一样， v 线比 p 线陡 4、定温线 T 5、等容线v 6、等干度线x 焓 熵 图 h h s s C C x x=1=1 x x=0=0 p p v v T T x x 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 热力过程： p s T v 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
11、不能用 可逆 水蒸气的定压过程 q = h wt = 0 3 4 2 p v 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 p v p2不可逆过程： 汽轮机、水泵 1 2 可逆过程： s 1 2 1 2 q = 0 水蒸气的绝热过程 汽轮机、水泵q = 0 2 1 2 T s 不可逆过程： 可逆过程： s p1 p2 水蒸气的绝热过程 汽轮机、水泵 q = 0 h s 不可逆过程 可逆过程： s p1 p2 2 1 h1 h2 h2 2 透平内效率 水蒸气的定温过程 p v 实际设备中很少见 T C Tc T 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
