水蒸气的热力性质培训课件

《水蒸气的热力性质培训课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水蒸气的热力性质培训课件（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、复习热力学第一定律、热力学第二定律,问答题,1、热力学第一定律的实质是什么？ 2、工程热力学中，热力学能包含哪几项能量的形式。 3、写出稳定流动系统的能量方程式，当用于锅炉、汽轮机及节流过程时方程的简化形式。在以上三种过程中膨胀功的表现形式。 4、说明焓的定义式及物理意义。 5、卡诺循环的热力过程。 6、循环热效率 7、卡诺循环热效率 8、卡诺定理 9、热力学第二定律的两种表述,复习思考题,单元三 水蒸气的热力性质,实际气体的水蒸气的形成过程 状态参数的确定方法 水蒸气在基本热力过程中的能量转换规律 蒸汽的流动规律,内容提纲,课题一 水蒸气,课题二 蒸汽的流动,知识点,学习要求,1. 掌握有关

2、蒸汽的各种术语及其意义。如：汽化、凝结、饱和状 态、未饱和液体、饱和液体、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽、干度 等概念及不同蒸汽状态的特征和关系。 2. 了解蒸汽定压发生过程及其在p-v图与T-s图上的一点、二线、 三区和五态。 3. 了解水蒸气图表的结构，能够熟练利用水蒸气图表查出水蒸气 状态参数。 4. 掌握水蒸气基本热力过程的特点和热量、功量、热力学能的计 算。,气态工质,气体,蒸汽,远离液态，一般可作为理想气体处理，如空气、燃气。,刚脱离或接近液态，一般不能作为理想气体处理，如水蒸气、制冷剂蒸气等 。,水蒸气具有良好的热力性质，来源丰富，易于获得，比热容大，传热性能好，且无毒无味、无污染

3、，在热力工程中的使用极为广泛。,如水蒸气在热电厂和空调工程中的 应用,蒸汽机简易图,蒸发,沸腾,在任何温度条件下发生在液体表面的汽化过程。温度越高，蒸发表面积越大，蒸发越强烈。,在一定温度（沸点）下，液体内部和表面同时发生的剧烈汽化过程。沸腾可通过加热或减压的方法实现。相同压力下，不同的液体沸点不同。,一、基本概念,如湿衣服的晾干,蒸汽是由液体汽化而产生的。,1. 汽化,液体开始沸腾的温度,如在0.1MPa时，水的沸点为99.634，氨的沸点为-32,汽化过程是吸热过程。,2. 凝结,物质由气态转变为液态的过程称为凝结。,基本概念,液态物质,(放热)凝结,(吸热)汽化,气态物质,汽相空间蒸汽分

4、子越多，蒸汽压力越大，凝结速度越快。,如水蒸汽冷凝为水,同压力下蒸汽的凝结温度与液体的沸点相等,饱和压力ps,饱和温度ts,如水蒸气：ps0.101325 MPa，ts=100 C,3. 饱和状态,液面上蒸气空间中的蒸气和液体两相达到 动态平衡的状态就称为饱和状态。,基本概念,在饱和状态下,有:,饱和温度和饱和压力一一对应。,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=85.95 ,高压锅ps=1.6bar,Ts=113.32 ,4. 干度,

5、单位质量湿蒸汽中所含饱和蒸汽的质量称 为湿蒸汽的干度。表示式为,基本概念,饱和液体和饱和蒸汽的混合物,干度x的取值范围为01。,x0 ，饱和液体,0x1 ，湿(饱和)蒸汽,x1 ，干饱和蒸汽,引入干度x可确定湿蒸汽中所含饱和液体和饱和蒸汽的 量，或确定湿蒸汽的状态。,mv-湿蒸气中干饱和蒸气的质量,mw-湿蒸气中饱和水的质量,二、水蒸气定压发生过程的三个阶段和五种状态,汽化潜热 J/kg,预热阶段,汽化阶段,过热阶段,凝结潜热,同工质同温度下,水蒸气形成过程,1)水的定压预热阶段,1,T,s,液体热,2)饱和水的定压汽化过程,汽化潜热,3)水蒸气的定压过热过程,2,过热,1kg水从1状态被加热

6、到2状态所吸收的热量,水蒸气定压生成过程中热量的计算,水蒸气定压生成过程中热量的计算,水蒸气形成过程,三、水蒸气定压发生过程在p-v图和T-s图上的表示,水的临界状态 pc22.064MPa tc373.99 vc0.003106m3/kg,临界点C 饱和水线 (x0) 、饱和蒸汽线(x1） 末饱和水区、汽液两相共存区、过热蒸汽区 末饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽,一点 二线 三区 五态,在临界点C汽液两相差异完全消失，汽液相变将在瞬间完成。 在临界温度以上不能用压缩的方法使蒸汽液化。,三、 水蒸气表和图,工程上将水基准点的焓视为零已足够精确,水蒸气不同于理想气体，其参数通过实验

7、和分析的方法求得，将不同温度和不压力下的未饱和水、饱和水、干饱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。,一、零点的规定,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,t00.01C，p0611.659Pa，v00.001000213k， u0=0kJ/kg；s0=0kJ/（kgK） 0 u 0 p0 v 0 0.611Jkg0 kJkg,制冷剂蒸气图表常将零点规定于0以下,水蒸气的表和图,饱和水与饱和蒸汽表,未饱和水与过热蒸汽表（附表7）,按温度排列（附表5）,按压力排列（附表6）,湿蒸汽参数的确定:,参数

8、右上角加“”表示饱和液体参数，加“”表示饱和蒸汽参数,注意单位,注意粗黑线,pps，tts,u可通过uhpv求得,表中未列出的参数用线性插值法求得,例1 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）p0.1MPa，t50；（2）p0.5MPa，t200；（3）p0.8MPa，v=0.22m3/kg；（4）p1MPa，t179.916。,解：（1）查附表5，p0.1MPa，ts99.634。而tts， 故第一种情况为未饱和水状态。查附表6，当p0.1MPa， t50时用线性插值法求得未饱和水的其它参数为 v0.00101245m3/kg， h209.405kJ/kg， s0.70

9、175kJ/（kgK）， uhpv209.4050.11030.00101245209.304（kJ/kg）,（2）查附表5，p0.5MPa，ts151.867，而tts，故第二种情况为过热水蒸气状态。查附表6，当p0.5MPa，t200时，过热水蒸气的其它参数为 v0.42487m3/kg，h2854.9kJ/kg，s7.0585kJ/（kgK）， uhpv2854.90.51030.424872642.465（kJ/kg）,（3）查附表5，当p0.8MPa时， v0.0011148m3/kg，v0.24037m3/kg； h721.2kJ/kg，h2768.86kJ/kg； s2.0464

10、kJ/（kgK），s6.6625kJ/（kgK） 因为v0.22m3/kg，介于饱和水与干饱和水蒸气之间，即 vvv， 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 txts170.444 hxh+x（hh）721.2+0.915（2768.68721.2） 2594.64（kJ/kg） sx s+x（ss）2.0464+0.915（6.66252.0464） 6.2701kJ/（kgK） uxhxpvx2594.640.81030.222418.64（kJ/kg） （4）查附表5，p1MPa，ts179.916，tts。故第四 种情况是饱和状态，但无法确定是饱和水，干饱和

11、水蒸 气还是湿蒸汽，其余参数也无法确定。,水蒸气的焓熵图,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,h-s图上的一条线表示一个确定的热力过程，查取初、终态的参数值，就可对该过程进行热工计算。,水蒸气的焓熵图,工程上常用蒸汽为图中方框部分(附图1),湿蒸汽区的定压线就是定温线,水蒸气表的应用举例 (一)查数据 2. 举例线性内插法 （1）如查107.5时饱和水的蒸汽压ps=？,=1.3278105Pa,四、 水蒸气的热力过程,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

12、） 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,工程计算中最常遇到.如水在锅炉中吸热形成水蒸气的过程;水蒸气通过各种换热器进行热交换的过程,忽略流动阻力等不可逆因素,

13、或,12:定压吸热膨胀升温 21:定压放热被压缩降温,例：锅炉中，水从30 ，4MPa, 定压加热到450 ,q = h2-h1,ts(4MPa)=250.33,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,汽轮机、水泵,q = 0,不可逆过程,p1,p2,2,1,h1,h2,h2,2,绝热过程,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,

14、水蒸气的绝热过程举例,p1,p2,2,1,h1,h2,h2,2,求：,由 p2查表,水蒸气的定温过程,实际设备中很少见,水蒸气的定容过程,实际设备中不常见,五、水蒸气参数对热力设备的影响,1、高参数水蒸汽的基本性质 （1）过热蒸汽的比热容 当温度不变时，比热容随压力升高而升高； 当压力不变时，比热容随温度升高先下降后升高。 （2）过热蒸汽的比容 当温度不变下，过热蒸汽的比容随压力升高而大大下降； 在一定压力下，过热蒸汽的比容随温度升高而增大。 （3）过热蒸汽的焓 在一定温度下，过热蒸汽的焓随压力升高而减小； 在一定压力下，过热蒸汽的焓随温度升高而增大。,2、高参数水蒸汽对锅炉设备的影响 （1）

15、温度提高的影响 过热器的受热面积增大， 对材料耐热性能要求高 （2）压力提高的影响 液体热和过热热的比例增大， 汽化热的比例缩小； 因而要求省煤器和过热器受热面增大， 而水冷壁受热面减小。 随压力的升高，汽水密度差将减小， 炉内自然循环将变得困难， 并对汽水分离装置的要求也高； 故当压力在19MPa以上时， 必须采用强迫循环锅炉和高质量的汽水分离设备， 或者采用直流锅炉。而不能采用自然循环锅炉,小 结,水蒸气的定压加热产生过程，在 p-v 图和 T-s 图上表示定压加热时水蒸气的状态变化； 利用水和水蒸气表及水蒸气的焓熵图确定水蒸气的状态参数。,1、熟悉1点2线3区5态,2、会查图表,3、基本热力过程在p-v、T-s、h-s图上的表 示，会计算 q、wt,例题,练习P153,作业,