《热工基础和应用水蒸气热力性质和热力过程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热工基础和应用水蒸气热力性质和热力过程（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、水蒸气的热力性质和热力过程 水蒸气是实际气体的代表 18世纪 蒸气机的发明 是唯一工质 目前仍是火力发电 核电 供暖 化工的工质 范德瓦尔方程 水蒸气的主要内容 水蒸汽饱和状态水蒸汽的定压产生过程水蒸气热力性质图表水蒸汽的基本热力过程 第一节饱和状态 饱和温度和饱和压力 一 汽化和液化 汽化 由液态到气态的过程 蒸发 在液体表面进行的汽化过程 液化 由气相到液相的过程 沸腾 在液体表面及内部进行的强烈汽化过程 汽化速度 液体的温度 液化速度 蒸气的压力 冷水塔中水的蒸发 凝汽器中蒸汽的凝结 液体分子脱离其表面的汽化速度 汽体分子回到液体中的液化速度 这时液体与蒸汽处于动态平衡状态 称为饱和状态
2、 二 饱和状态 饱和状态 在一定温度下 水蒸气压力稳定在某一值 水蒸气和水处于动态平衡状态 即饱和状态 3 饱和压力与饱和温度 饱和压力 在饱和状态下的水和水蒸汽的压力PS饱和温度 在饱和状态下的水和水蒸汽的温度tS 结论 一定的饱和温度对应于一定的饱和压力 反之也成立 即两者间存在单值关系 Ts ps 青藏ps 0 6bar ts 85 95 高压锅ps 1 6bar ts 113 32 饱和压力 饱和温度 一一对应 由于饱和压力和饱和温度一一对应的关系 因此 使水变成水蒸气可以有以下两种方法 4 水和水蒸气相变的方法 在压力不变的情况下 提高水的温度至饱和温度或以上 在温度不变的情况下 降
3、低压力至饱和压力或以下 同理 使蒸气变为水的方法也有以下两种 在压力不变的情况下 降低水的温度至饱和温度或以下 在温度不变的情况下 提高压力至饱和压力或以上 实例分析 电厂中给水泵 凝结水泵的气蚀现象 锅炉运行时 汽包虚假水位的出现 5 三相点和临界点 p T 液 气 固 水 三相点 临界点 流体 水的临界点 在p pc下 定压加热过程不存在汽化段 水由未饱和态直接变化为过热态 当t tc时 无论压力多高都不可能使气体液化 在临界状态下 可能存在超流动特性 在临界状态附近 水及水蒸气有大比热容特性 临界点是最高的饱和温度和饱和压力 水的三相点 当压力低于某值时液相不存在 只有气 固相 该点压力
4、为三相点压力 pA 与此对应的饱和温度为三相温度TA 1 三相点为实现气相和液相转变的最低点 2 三相点是出现固相物质直接转变为气相物质的升华现象的起始点 3 三相点是最低的饱和压力和最低的饱和温度 思考题 没有 t 373 99 有 1 有没有500 C的水 2 有没有 3 纯物质的p T相图的蒸汽 第二节水蒸气的产生过程 过热阶段 水蒸汽的定压产生过程 汽化阶段 预热阶段 未饱和水 饱和水 湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽 过热蒸汽 一 水蒸汽的定压产生过程 t ts t ts t ts t ts t ts 五个状态 1 未饱和水a2 饱和水b3 湿饱和水蒸汽m4 干饱和水蒸汽d5 过热水蒸汽e 二
5、 水蒸汽的定压形成的三个阶段和五种状态 三个阶段 1 预热阶段a b t0未饱和水 ts饱和水 t v 2 汽化阶段b d ts饱和水 ts干饱和水蒸汽 v t和p均不变 其间为汽液混合的湿饱和蒸汽 3 过热阶段d e ts干饱和水蒸汽 t过热水蒸汽 t v 未饱和水 过冷水 饱和水 注意比较v0和v 的大小 这个阶段所需的热量称为液体热ql 1 预热阶段 过冷度 t t ts 饱和水 注意比较v 和v 的大小 湿 饱和 蒸汽 干 饱和 蒸汽 为什么水的汽化阶段压力不变 温度也保持不变呢 这个阶段所需的热量称为汽化潜热 r h h 2 汽化阶段 干度x 湿蒸汽中饱和蒸汽所占的质量百分比 显然
6、x y 1饱和水的x 0 干蒸汽的x 1 湿蒸气0 x 1 汽轮机的排气干度一般为0 86 0 88 湿度y 湿蒸汽中饱和水所占的质量百分比 湿蒸汽的干度和湿度 干饱和蒸汽 过热蒸汽 过热度 D t ts 这个阶段所需的热量称为过热热 qs h h 过热度 D t ts 3 过热阶段 水蒸汽的定压产生过程参数变化特点 t ts t ts t ts t ts t ts v0 v v v v v v vx v v v 未饱和水 饱和水 湿蒸汽 干蒸汽 过热蒸汽 h0 h h h h h h hx h h h s0 s s s s s s sx s s s v h s 水的定压预热阶段 a T s
7、液体热 饱和水的定压汽化过程 汽化潜热 干蒸汽的定压过热过程 过热热qs h h b c d e 整个水蒸汽产生过程吸热量 1kg水 4 水蒸汽定压产生过程总吸热量 一点临界点 两线 上界限线下界限线 三区 液 汽液共存 汽 五态 未饱和水 饱和水 湿蒸汽 干饱和蒸汽 过热蒸汽 s 压力P升高对汽化过程的影响 二 水定压加热汽化过程的p v图及T s图 三 水蒸气热力状态参数对热力设备的影响 对受热面布置的影响 对锅炉循环方式的影响 对设备材料的影响 对机组分类的影响 第三节水蒸气热力性质图表 水蒸气不同于理想气体 其参数通过实验和分析的方法求得 将不同温度和不同压力下的未饱和水 饱和水 干饱
8、和蒸汽和过热蒸汽的状态参数列成数据表或绘成线算图 以供工程计算查用 工程上将水基准点的焓视为零已足够精确 一 零点的规定 国际水蒸汽会议规定 水蒸气图表选定水的三相点 即273 16K的液相水 作为基准点 规定在该点的液相水的u s值为零 此时有 t0 0 01 C p0 611 659Pa v 0 0 00100021 3 k u 0 0kJ kg s 0 0kJ kg K 0 u 0 p0v 0 0 611J kg 0kJ kg 饱和水与饱和蒸汽表 未饱和水与过热蒸汽表 按温度排列 按压力排列 参数右上角加 表示饱和液体参数 加 表示饱和蒸汽参数 二 水蒸气热力性质表 饱和水与饱和蒸汽表分
9、别列出 饱和压力 饱和温度 饱和水和干饱和蒸气的比体积 焓 熵和汽化潜热 未饱和水与过热蒸汽表分别列出 未饱和水和过热蒸气的比体积 焓和熵 用粗黑线分隔 上方为未饱和水的参数 下方为过热蒸气的参数 注意事项 1 热力学能在工程中应用较少 其值在各表中一般不列出 如果需要 可用下式计算 2 表中未列出的中间温度和压力下的数值 通过线性内插法确定 内插法介绍 1 2 已知 求 由图可看出 两三角形相似 对应边成比例 整理得 所以 有 3 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 三 水蒸
10、气状态的确定 已知 p t 判断水或蒸汽所处的状态查饱和表得已知压力 或温度 下的饱和温度ts 或饱和压力ps 在湿蒸汽区 p t不是两个独立的变量 因此不能由p t确定状态点 还需给定干度才能确定状态 已知p 或t 及某一比参数y v或s或h 判断水或蒸汽所处的状态查饱和表得已知压力 或温度 下的y y 在湿蒸汽区干度及其它参数的的计算 例题试判断下列情况下水处于什么状态 并确定其它各参数的值 1 p 0 1MPa t 50 2 p 0 5MPa t 200 3 p 0 8MPa v 0 22m3 kg 4 p 1MPa t 179 916 解 1 查附表5 p 0 1MPa ts 99 6
11、34 而t ts 故第一种情况为未饱和水状态 查附表6 当p 0 1MPa t 50 时用线性插值法求得未饱和水的其它参数为v 0 00101245m3 kg h 209 405kJ kg s 0 70175kJ kg K u h pv 209 405 0 1 103 0 00101245 209 304 kJ kg 2 查附表5 p 0 5MPa ts 151 867 而t ts 故第二种情况为过热水蒸气状态 查附表6 当p 0 5MPa t 200 时 过热水蒸气的其它参数为v 0 42487m3 kg h 2854 9kJ kg s 7 0585kJ kg K u h pv 2854 9
12、 0 5 103 0 42487 2642 465 kJ kg 3 查附表5 当p 0 8MPa时 v 0 0011148m3 kg v 0 24037m3 kg h 721 2kJ kg h 2768 86kJ kg s 2 0464kJ kg K s 6 6625kJ kg K 因为v 0 22m3 kg 介于饱和水与干饱和水蒸气之间 即v v v 故第三种情况为湿蒸汽状态 由式可得干度该状态下的其它参数为tx ts 170 444 hx h x h h 721 2 0 915 2768 68 721 2 2594 64 kJ kg sx s x s s 2 0464 0 915 6 66
13、25 2 0464 6 2701 kJ kg K ux hx pvx 2594 64 0 8 103 0 22 2418 64 kJ kg 4 查附表5 p 1MPa ts 179 916 t ts 故第四种情况是饱和状态 但无法确定是饱和水 干饱和水蒸气还是湿蒸汽 其余参数也无法确定 欲获得水蒸汽的状态参数 可查 水蒸气表 水蒸气的焓熵图 莫里尔图 方便 直观 但不够精确 精确度高 但往往不太方便 且不直观 四 水蒸汽的焓熵图 x p v T x 水蒸汽的h s图 工程上常用蒸汽为图中方框部分 附图1 例题利用焓熵图确定P 1MPa时水蒸气的饱和温度 并查出x 0 95时湿蒸气的焓 ts 1
14、79 88 x 0 95 h 2682kJ kg 一 水蒸汽基本过程 二 水蒸汽基本公式 定容 定压 定温及定熵四种 第四节水蒸气的热力过程 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 三 计算水蒸气热力过程的任务 3 4 2 1 工程中的设备 锅炉 换热器 过程特点 p 定值 过程在图中表示 一 水蒸汽的定压过程 2 T s h s 2 h2 h1 1 3 4 1 4 3 T s图和h s图中的表示 能量转换计算 wt 0q h 举例 锅炉中 水从30 4MPa 定压加热到450 ts 4MPa 250 33 q h2 h1 例 水从30 4MPa 定压加热到450 q
15、h2 h1 2 T s h s 2 h1 129 3kJ kgh2 3330 7kJ kg h2 h1 1 3 4 1 4 3 3201 4kJ kg p1 2 p2 工程中的设备 汽轮机 水泵 1 2 过程特点 q 0 过程在图中表示 二 水蒸汽的绝热过程 能量转换计算 q 0 2 1 2 不可逆过程 可逆过程 p1 p2 p1 p2 2 1 h1 h2 h2 2 汽轮机内效率 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 p1查表 水蒸气的绝热过程举例 p1 p2 2 1 h1 h2 h2 2 求 由p2查表 实际设备中很少见 C 远离饱和线 接近于理想气体 三 水蒸汽的定温过程 可逆过程 四 水蒸汽的定容过程 实际设备中不常见 1 T s h s p T 2 1 2 v p v 例题过热蒸汽由初态p 2MPa t 300 绝热膨胀到p2 kPa 0 004MPa 求此过程中每kg蒸汽所作的功及每kg蒸汽膨胀终态蒸汽的干度 解 h1 3025kJ kg x2 0 786 每kg蒸汽所作的功 查图法 从h s图上查得 h2 2035kJ kg 1 2 h s h1 h2 x2 p2 p1 t1 出口焓 1kg蒸汽所作的功
