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1、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,第七章 水蒸气,在热力设备中，水蒸气是实际气体。因水蒸气距液态不远，且常有集态的变化。如在本章及蒸汽动力循环中；热力参数的查取用图表法。,在湿空气中，水蒸气含量极小，近似看作理想气体，因pv很低 (过热度很大)，见第十四章湿空气。,本章主要内容：水蒸气产生的一般原理，状态参数的确定，图表的结构及热力过程。,其它物质的蒸汽，与水蒸气热力变化规律类似。,7-1 饱和温度和饱和压力,汽化：由液态变为气态的过程。,沸腾：在液体内部和表面同时进行
2、的强烈汽化过程。,一、汽化和液化,蒸发：在液体表面进行的汽化过程；,液化(凝结) ：汽,液,饱和液体：处于饱和状态的液体；,饱和蒸汽：处于饱和状态的蒸汽；,饱和温度：饱和状态时的温度，Ts或ts；,二、饱和状态,当汽化速度=液化速度时，系统处于动态平衡饱和状态。,饱和压力：饱和状态时的压力，ps(蒸汽压力与密度为对应温度下的最大值),注：Ts,Ps 或 Ts=f(ps), 它们不独立,ps=1.01325bar,Ts=100 ,青藏 ps=0.6bar,Ts=85.95 ,高压锅 ps=1.6bar,Ts=113.32 ,三、水的三相点,三相点：固态、液态、汽态三相平衡共存的状态,独立状态参数
3、个数为 0，说明三相点只有一个。,7-2 水的定压加热、汽化过程,压力p一定，加热。从0.01开始(三相点温度以下有固态，工程上一般不用)，经历以下五种状态。,过冷水 (未饱和水),加热Q,饱和水,Q,湿蒸汽,Q,Q,Q,干饱和蒸汽,过热蒸汽,tts,汽化阶段,过热阶段,预热阶段,液体热ql,汽化潜热r,过热热qsup,v v,v = v,v = v,v v v,h h,h = h,h = h,h h h,s s,s = s,s = s,s s s,水蒸气定压发生过程说明,(1),(2) 理想气体,实际气体汽化时，TTs不变，但h增加,汽化潜热,(3)过热蒸汽,过热度,D = t ts 或 叫
4、t。,汽化潜热r ：1kg饱和水定压加热至干饱和蒸汽过程吸收的热量， 与1kg饱和蒸汽定压冷凝放出的热量相同。,画在p-v图上,增加压力到p2，重复上述过程，得定压线20222,压力为p4时，汽化在C点瞬间完成， C点叫临界点。其对应的压力、温度、比体积分别称为临界压力、临界温度、临界比体积，分别用pcr、Tcr、 vcr 来表示。pcr=22.064Mpa，Tcr=373.99,ppc时，加热到Tc温度时，瞬间汽化。,10,1,1,2,2,1,20,2,30,3,3,50,40,v,p,C,Tc,TTp,压力为p1时，定压线10111,T-s图,p5,1,1,2,2,s,C,3,3,Tc,T
5、-s图,T,p4,p3,p2,p1,下界限线(饱和水线)：123C上界限线(饱和汽线)：123C,三个相区：液相区，123CTc之内区；汽液共存区，123C321之内区；汽相区，TcC321以上区。,v,以上所讲归纳为：一点、二线、三区、五态,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、湿蒸汽,除p或T外，其它参数与两相比例有关,7-3 水和水蒸气的状态参数,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,状态参数指p、v、t、u、h和s等（除u外
6、可从水蒸气图表中查得，u=h-pv计算得到）,(一)零点的规定（h,s,u在热工计算中不必求其绝对值）,三相点的液态水(是饱和水)为基准,实测的(注：上标“ ”表饱和水状态),规定的,换算的,(二) 温度0.01，压力p的过冷水的参数（ 0 点）,(三) 温度ts，压力为p的饱和水（ 1 点）,注： p不太大时，水定压比热为定值 cp=4.1868kJ/kg p较大时，cp变化较大，h0也不为零，要查表。,不要求,压力为p, 温度为 t 的未饱和水加热至饱和水:,(五) 压力为p的湿蒸汽（x点）,饱和水和饱和蒸汽共存,v,v,x,v”,p,(四) 压力为p的干饱和蒸汽（ 1 点）,不要求,t=
7、ts, 状态参数 x,如果有1kg湿蒸气，干度为x, 即有xkg干饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。,已知p或T(h,v,s,h,v,s)+干度x,h ,v ,s,干度为x湿蒸汽：,mvx=mvv+mlv,vx = x v + (1 - x ) v = v + x ( v - v ),可见 v vxv,Vx=Vv+Vl 总体积=汽体积+液体积,类似地：,sx = s + x ( s - s ),而 u = h p v,hx = h + x ( h - h ),v,v,x,v”,p,(六) 压力为p的过热蒸汽（D点）,不要求,(一) 水蒸汽表（两类）,1、饱和水和干饱和蒸汽表 p219；,7-4
8、水蒸汽表和图,数据来源：IFC公式(国际公式化委员会)。实验数据+公式分析,2、未饱和水和过热蒸汽表 p220。,查表时，先判断水蒸汽的状态。,饱和水和饱和蒸汽表（温度）,饱和水和饱和蒸汽表（压力）,未饱和水和过热蒸汽表,(二) T-s图,x=定值,c,x=0,x=1,p=定值,T,s,C点；上界线 x=1；下界线 x=0；等干度线；等压线；相区：湿区、过热区；已知两个状态参数可求其它；多用于分析水蒸汽循环。,(三) h-s 图（莫里尔图）：有效分析热和功,定t线定p线定v线红色虚线定x线,过热蒸汽区：定压线、定温线；湿区：定压线、定干度线。,焓熵图（下部）,焓熵图（上部）,7-5 水蒸气的热
9、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,=3201.4k
10、J/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,水蒸气的定温过程、定容过程,实际设备中很少见,汽缸-活塞系统内有0.5kg，0.5MPa，260c的水蒸气试确定缸内蒸汽经可逆等温膨胀到0.20MPa作的功与热量。,解：查过热蒸汽表 p1= 0.5MPa，t1= 260c时,p2= 0.20MPa，t2= 260c时,查h-s图核对.图简化h-s图.doc,?,7-7 水和水蒸汽性质程序简介(不要求),作业：7-1，4，5，6。,
