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1、工程工程热热力学例力学例题题与与习题习题-61第第 7 7 章章 水水 蒸蒸 汽汽7 71 1 本章基本要求本章基本要求 理解水蒸汽的理解水蒸汽的产产生生过过程，掌握水蒸汽状程，掌握水蒸汽状态态参数的参数的计计算，学会算，学会查查水蒸汽水蒸汽图图表和正确使用水蒸汽表和正确使用水蒸汽 h-s 图图。 。掌握水蒸汽掌握水蒸汽热热力力过过程、功量、程、功量、热热量和状量和状态态参数的参数的计计算方法。算方法。自学水蒸汽基本自学水蒸汽基本热热力力过过程程(7-4)。 。7 72 2 本章难点本章难点1水蒸汽是实际气体，前面章节中适用于理想气体的计算公式，对于水蒸汽不能适用，水蒸汽状态参数的计算，只能使
2、用水蒸汽图表和水蒸汽 h-s 图。2理想气体的内能、焓只是温度的函数,而实际气体的内能、焓则和温度及压力都有关。3查水蒸汽h-s图，要注意各热力学状态参数的单位。7 73 3 例题例题例例 1 1：容积为 0.6的密闭容器内盛有压力为 3.6bar 的干饱和蒸汽，3m问蒸汽的质量为多少，若对蒸汽进行冷却，当压力降低到 2bar 时，问蒸汽的干度为多少，冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少解解：查以压力为序的饱和蒸汽表得：=3.6bar 时，=0.51056 =2733.8kJ /kg1p“ 1vkgm /3“ 1h蒸汽质量 m=V/=1.1752kg“ 1v查饱和蒸汽表得：=2bar 时，=0
3、.0010608 =0.88592 2p 2vkgm /3“ 2vkgm /3=504.7kJ /kg 2h=2706.9kJ /kg 2h在冷却过程中，工质的容积、质量不变，故冷却前干饱和蒸汽的比容等于冷却后湿蒸汽的比容即： =“ 1v2xv工程工程热热力学例力学例题题与与习题习题-62或= 由于“ 1v 22 22)1 (vxvx“ 1v 22vx0.5763“ 2“ 1 2vvx取蒸汽为闭系，由闭系能量方程 wuq由于是定容放热过程，故 0w所以 1212uuuq而u=h-pv 故)()(“ 11“ 1222vphvphqxx其中：=1773.8kJ /kg2xh 22 22)1 (hx
4、hx则 kJ /kg3 .878qQ=mq=1.1752 (-878.3) =-1032.2kJ例例 2 2：=50bar 的蒸汽进入汽轮机绝热膨胀至1pCt0 1400=0.04bar。设环境温度求：2pCt0 020（1）若过程是可逆的，1kg 蒸汽所做的膨胀功及技术功各为多少。（2）若汽轮机的相对内效率为 0.88 时，其作功能力损失为多少解解：用h-s图确定初、终参数初态参数：=50bar 时，=3197kJ /kg =0.0581pCt0 14001h1vkgm /3=6.65kJ /kgK1s则=2907 kJ /kg6.65kJ /kgK1111vphu终态参数：若不考虑损失，蒸
5、汽做可逆绝热膨胀，即沿定熵线膨胀至=0.04bar ，此过程在 h-s 图上用一垂直线表示，查得=2020 kJ /kg 2p2h=0.058 =6.65kJ /kgK2vkgm /3 2s1s=1914 kJ /kg2222vphu膨胀功及技术功：=2907-1914=993 kJ /kg21uuw工程工程热热力学例力学例题题与与习题习题-63=3197-2020=1177 kJ /kg21hhwt2）由于损失存在，故该汽轮机实际完成功量为=0.88 1177=1036 kJ /kgtritww此不可逆过程在 h-s 图上用虚线表示，膨胀过程的终点状态可以这样推算，按题意，则21hhwt=3
6、197-1036=2161 kJ /kg 12twhh这样利用两个参数=0.04bar 和=2161 kJ /kg，即可确定实际过 2p 2h程终点的状态，并在 h-s 图上查得=7.12kJ /kgK，故不可逆过程熵产为 2s=7.12-6.65=0.47kJ /kgK22sssg作功能力损失)(00gfssTsTw因绝热过程0fs则kgkJsTwg/7 .13747. 0)20273(0例例 3 3：0.1kg 水盛于一绝热的刚性容器中，工质的压力的 0.3Mpa，干度为 0.763。一搅拌轮置于容器中，由外面马达带动旋转，直到水全变为饱和蒸汽。求：（1）完成此过程所需的功；（2）水蒸汽最
7、终的压力和温度。解解：取容器内的工质为系统，搅拌轮搅拌工质的功变为热，是不可逆过程。（1）系统绝热，q=0。系统的边界为刚性，因而没有容积变化功，可是由于搅拌轮搅拌，外界对系统作了功。由热力学第一定律)(21uumUW即外界消耗的功变了热，工质吸收热内能增加，因而只要计算初终态的内能变化就可求得耗功量。对于初态，已知p1=0.3Mpa，x=0.763，于是工程工程热热力学例力学例题题与与习题习题-64/kgm4643. 06058. 0763. 0001074. 0)763. 01 ()1 (3111 vxvxvkJ/kg6 .22125 .2725763. 04 .561)763. 01 (
8、)1 (111 hhxhkJ/kg2074104643. 0103 . 06 .2212361111 vphu因为容器是刚性的，终态和初态比容相等，因而终态是v2=0.4643m3/kg 的干饱和蒸汽。由饱和水与饱和蒸气表可查得相应于v2=0.4624 时的压力p2=0.4Mpa，温度2v t2=143.62。由查得的终态参数可计算出终态的内能u2=2253.6kJ/kg。所以，搅拌轮功为 图 7.1kJ0 .48)20746 .2553( 1 . 0)(12 uumW（2）终态如图 7.1 所示，为v2=v1、x=1 的干饱和蒸气，p2=0.4Mpa，t2=143.62。例例 4 4：1kg
9、 水贮存于有负载的活塞-气缸装置中，压力为 3Mpa，温度为 240。定压下对工质慢慢加热直至其温度达 320，求：（1）举起负载活塞作多少功？（2）外界需加入多少热量？解解：取装置中的工质水为系统，由饱和水与饱和蒸气表查得对应于3Mpa 的饱和温度为 233.84。现初态温度高于此值，可知初态为刚高于饱和温度的过热蒸气，故工质在整个加热过程均为过热蒸气。（1）在缓慢加热的条件下，可认为热源与工质温差很小而视过程为可逆过程故2112)(vvppdvwPV12工程工程热热力学例力学例题题与与习题习题-65比容值可由“未饱和水与过热蒸汽表”查出，代入上式得kJ/kg4 .5010)06818. 0
10、085. 0(10366w（2）对可逆定压加热过程12hhhq由过热蒸气表查得焓值后代入上式得kJ/kg8 .2193 .28241 .3044q若根据水蒸气的h-s图读取v和h的数据亦可得到相近的结果。图中数据连续，且可显示过程，但所读数据不如表中数据准确。7 74 4 思考及练习题思考及练习题1物质的临界状态究竟是怎样一种状态?2水的定压产生过程可分为哪几个阶段，经历哪几种状态，写出它们的名称。3对水蒸汽的热力过程和理想气体热力过程 ，在分析方法上有何异同之处。4试用水蒸汽的热力性质说明冰刀滑冰的机理。5理想气体的内能是温度的单值函数，而实际的内能则与T、v有关，试计算任意两个温度相同而比
11、容不同的状态下蒸气的内能，从而验证上述结论。（取过热蒸气参数）。6饱和水蒸气的焓值是否随压力和温度的升高而不断增大？过热蒸气的焓值呢？7压力为 3.5Mpa，温度为 420的过热蒸气，在汽轮机中定熵膨胀，如果乏汽恰好的干饱和蒸气，则汽轮机的作功量及乏气的温度各为多少？并将该过程表示在hs图上。81kg 状态为p1=1Mpa，t1=200的过热蒸气，在定压下被加热到 300，试求加热量，容积变化功及内能变化。如果工质为 1kg 空气，结果又将如何？通过本例的计算，说明对于水蒸气和空气，在处理方法上有何Q123图 7.2工程工程热热力学例力学例题题与与习题习题-66异同之处。9利用蒸气与冷水混合来
12、制取开水是常见的方法。现将压力为0.1MPa，干度为 0.9 湿蒸气，与压力为0.1MPa，温度为 20的自来水相混合，如果供应 4 吨开水，则需要蒸气、水各为多少？混合过程的熵产是多少？10图 7.2 表示一台锅炉的示意图，每小时生产 1MPa，240的过热蒸气 15 吨。已知给水温度为 20锅炉效率为 0.75，煤的值为29400kJ/kg，进入过热嚣的湿蒸汽干度为 0.95，试求：（1）耗煤量；（2）温蒸气在过热器中的吸热量。11一刚性容器被绝热隔板分成A和B两部分。已知A和B中的状态分别为：mA=1kg，xA=1，pA=0.5MPa；mB=1kg，xB=1，pB=0.5MPa抽去隔板后
13、，容器内的最终压力为 0.7MPa，若环境温度为 300K，求：（1）刚性容器的容积及蒸汽的最终状态；（2）过程中交换的热量；（3）过程中总的熵产。12一容器内装有 1kg 的湿蒸汽，其压力ps=10bar，如果容器内的饱和水与饱和蒸汽各自恰好占去容器容积的一半。求容器内湿蒸汽的焓。13在容积V=6m3的容器中，有ts=150的饱和水与饱和蒸气共存，其中饱和水占总容积的 1/3。求蒸汽的干度x。14在一内径为 60cm、高为 3m 的圆柱形密闭容器中，充以压力p1=80at 的饱和水与饱和水蒸汽混合物，其中饱和水的液面高h1=15cm。若使容器内湿饱和蒸汽的压力由于冷却而降至p2=40at，求
14、此时饱和水液面的高度h2以及冷却过程中所放出的热量Q。15在压力p=8bar 下，对 1kg 的饱和液体加入 711.76kJ 的热量，结果其内能增加为 628kJ。试求：（1）加热后混合物的干度x=?图 7.2工程工程热热力学例力学例题题与与习题习题-67（2）内汽化潜热和外汽化潜热各为多少？某物质的汽化潜热为1130kJ/kg。16现有两个容积相等、材质相同的容器，它们的容积V=1m3，其中一个充满了压力为 10bar 饱和水，另一个装有压力为 10bar 的饱和干蒸汽。如果由于某种意外的原因发生爆炸，问哪一个容器爆炸所引起的危害大些？提示：由于爆炸是在瞬间发生的，饱和水饱和蒸汽进行绝热膨
15、胀其，压力由 10bar 降至 1bar，所以s1=s2，其危害性可粗略按其绝热膨胀所作功的大小来衡量。由第一定律可得：W=mu。计算结果饱和水容器爆炸的危害约为饱和汽容器产生危害的 30 倍。17把压力为 1bar 的干饱和蒸气 10kg，在定压下变为tw=50的热水，用其所放出的热量来加热空气。问在定压加热的情况下，这些热量可将多少公斤的空气由t1=50加热至t2=100。18在压力p=30bar，温度t=500的过热蒸汽中的加入tw=25的水，使其混合后温度tm=400，问对 1kg 蒸汽而言，需要加入多少公斤的水，设过热蒸汽的平均比热cpm=0.5399kcal/kg。19有一废热锅炉每小时可把 200kg 温度为t1=10的水，变为t2=100的干饱和蒸气。进入锅炉的烟气温度为tg1=600，排烟温度为tg2=200，若锅炉的效率为 60%，求每小时通过的烟气量。已知烟气的比热为cp=1.047kJ/kg，水的汽化潜热T=2260.87kJ/kg。20一加热器每小时 换热量 9010kJ/h，现送入压力p=1.078bar 的蒸气（h=2658.6kJ/kg），蒸气在加热器内放热后变为t2=83的凝结水排入大气，问此换热器每小时所需
