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1、第七章第七章 水蒸汽水蒸汽7-0 概论概论 复习理想气体 理想气体状态方程 实际气体水蒸汽 或写成 其中，a、b称为范德瓦尔斯常数气体分子元体积分子间不计相互作用力分子间相互作用力明显气体分子本身有体积（特别是P大时）实际气体的范德瓦尔斯方程修正作用力修正容积实际气体方程（）维里方程 B、C、D为待定系数，一般也由实验测定 实际气体方程（）卡洛维奇方程 卡洛维奇方程式： 其中a、b、m由实验待定。 实际气体方程（）严家禄方程，写成 而 临界压缩因子7-1 水蒸汽的产生过程水蒸汽的产生过程若干概念若干概念a a. 气化：水由液相转变为汽相的过程b. 凝结：由汽相变为液相的过程，气化的逆过程 c.
2、 沸腾：液相内部汽化过程，一般只有达到沸点时才发生d. 临界温度（tc）：当水的温度超过一定的温度时，液相不可能存在，而只能存在气相，此时的温度称为临界温度e. 临界压力（pc）：与临界温度tc相对应的饱和压力称为临界压力pc ，水的临界点参数为： f. 饱和状态：进入界面和离开界面的水蒸汽 分子数相等时，水蒸汽的压力自动稳定在 一定的数值上，水蒸汽与水组成的系统处于平衡状态，这时，气化与凝结处于动态平衡，该状态称为饱和状态。对于水，存在饱和 水状态和饱和水蒸汽状态。处于饱和状态的压力称为饱和压力ps，处于饱和状态的温度称为饱和温度ts一般地， 写成 其中，ts既可以是饱和蒸汽温度，亦可以是饱
3、和液体温度 g. 三相点：当水的压力低于某一数值时，液相不可能存在，而仅可能是气相或固相 pA三相点压力，tA三相点温度水的三相点压力和温度分别是：7-2 水的定压加热汽化（水蒸汽的产生）水的定压加热汽化（水蒸汽的产生）过程过程三个阶段、五种状态三个阶段、五种状态 液体加热阶段：处于液态，吸收的热量称为液体热，用ql表示， 阶段汽化阶段：发生相变，由液态水汽态水，特点是定温定压，一定的压力对应于一定的饱和温度，吸收的热量为汽化前热 阶段过热阶段：处于气态，吸收的热用于加热蒸汽，蒸汽的温度高于该压力下的饱和温度。过热阶段习惯上用过热度来表示蒸汽。 过热度 五种状态： 状态1未饱和水状态，特点是温
4、度低于该 压力下所对应的饱和水的温度 状态2饱和水状态：这时水的温度为该压 力下的饱和温度 状态3湿蒸汽状态：汽化过程，处于汽液 两相共存状态，引入干度和湿度概 念 其中，mg湿蒸汽中饱和蒸汽质量 ml湿蒸汽中饱和水质量 显然 X+ Y=1 状态4干饱和蒸汽：这时 全部水均汽化为水蒸汽 状态5过热蒸汽：这时蒸汽的温度高于它 的压力所对应的饱和温度，用 过热度表示两者之关系三相点临界点饱和点水水蒸汽的三个阶段 五种状态，在T-S 图上表示为：水蒸汽的P-V图和T-S图：T-S图上，X=1 为饱和蒸汽线，上界线ab液体加热bc d汽化de过热 X=0 为饱和液体线，下界线 水蒸汽的定压发生过程概括
5、为： 一点三相点 两线 三区 五态上界线下界线汽固液过热蒸汽饱和蒸汽湿蒸汽饱和液未饱和液7-2-2 水蒸汽定压发生过程的热量计算水蒸汽定压发生过程的热量计算（）水的定压预热液体加热阶段 定压过程热交换量=液体焓的增加 则（）饱和水的定压汽化过程相变阶段 特点：定温定压，汽液相共存，相变潜热 为 其中h饱和水焓h0温度为t0时的焓s”干饱和水蒸汽熵s饱和水的熵h”饱和水蒸汽焓h饱和水的焓（）定压过热阶段加入的热量用于增加 水蒸汽的焓 设加热终了水蒸汽的温度为t，则 对于定压过程 其中 则，由0的水定压加热至t过热蒸汽所需要加热量为h压力为p温度为t时水蒸汽的焓h”压力为p温度为ts时水蒸汽的焓t
6、过热度7-3 水蒸汽图表水蒸汽图表n n7-3-1 7-3-1 水和水蒸汽的状态参数计算水和水蒸汽的状态参数计算水和水蒸汽的状态参数计算水和水蒸汽的状态参数计算 三相点：当三相点：当PPPPA A时，液相不可能存在，只时，液相不可能存在，只 能存在气、固相。能存在气、固相。P PA A三相点压力三相点压力 三相态：纯水在冰、水和汽三相平衡共存三相态：纯水在冰、水和汽三相平衡共存 时的状态。时的状态。 水处于三相态时水处于三相态时 这里，规定三相态时饱和水的内能这里，规定三相态时饱和水的内能（1 1）温度为）温度为t ts s，压力为，压力为P P的饱和水参数：该参数落的饱和水参数：该参数落 在
7、水蒸汽图表X=0的下界线上，可查饱和水和水蒸汽图表获得。其中，饱和水的熵s的计算为（2）压力为P的干饱和蒸汽参数：可查T-s图上X=1上界线的参数和附表饱和水和水蒸汽图表求得，其参数的计算为：（3）压力为P的湿饱和蒸汽：由于 即饱和压力与饱和温度一一对应，不是独立的参数，故必须再知道一个表示湿蒸汽成分的参数才能使之确定，这个参数为X（干度），湿蒸汽参数依下式计算：（4）压力为P的过热蒸汽，确定过热蒸汽的状态，除压力外，还应知道其过热度（t），则过热蒸汽焓内能熵 一般情况下，过热蒸汽参数可以从附表中查到n n7-3-1 水蒸汽热力性质表水蒸汽热力性质表 A.零点的规定 编制水蒸汽表图过程中，对u
8、、s的计算起点（即零点）有专门的国际规定，即以水的三相点的液相水为基准点，其参数为 在此参数下液相水的内能和熵值为0，即而 B.水蒸汽表的分类水蒸汽表的分类B-1：未饱和水及过热蒸汽表，列出在各种压力及温度下的未饱和水及过热蒸汽的v、h、s值，水蒸汽的内能未列出，可按u=h-pv计算。B-2：以温度为序的饱和水及干饱和蒸汽表B-3：以压力为序的饱和水及干饱和蒸汽表 其中，饱和液体参数在右上角标“ ”，饱和蒸汽参数在右上角标“ ” ”C.汽液两相区的参数计算 在汽液两相共存状态中，既含有液体也 含有蒸汽，是饱和液体和饱和蒸汽的混合物，称为湿蒸汽。若以 分别表示干度为x的1湿蒸汽参数，则由前面已知
9、： 计算举例试确定压力p=1MPa，温度分别为100 、200、 300的水对应的状态分析： 查以压力为序的饱和蒸汽表，得 故100 时为未饱和水， 200 和 300时为过热蒸汽 7-3-2 水蒸气热力性质图水蒸气热力性质图 由于蒸汽表示不连续的，在求表列值间隔中的数据时，必须使用内插法，给使用带来不便绘制水蒸汽的各种热力性质图，水蒸汽图一般包括水蒸汽的P-V图、水蒸汽的T-S图、水蒸汽的h-s图和 （压焓）等。重点介绍h-s图。（a）定压线群： 一簇发散线群。由于 故曲线走向：在湿蒸汽区 p 为常数，这时定压线为一簇直线，过热区内，由于p随T增大，故定压线为一簇上翘曲线。（b b）定温线群
10、：由于）定温线群：由于 湿蒸汽区中湿蒸汽区中 即压力与温度保持不变，则即压力与温度保持不变，则 则则 就是说，湿蒸汽区中定温线与定压线斜率相等的就是说，湿蒸汽区中定温线与定压线斜率相等的直线，定压线与定温线重合，过热蒸汽区中，直线，定压线与定温线重合，过热蒸汽区中， 定温线较定压线平坦。定温线较定压线平坦。定温线愈向右（即过热度愈大时）愈平坦，逐渐接定温线愈向右（即过热度愈大时）愈平坦，逐渐接近定焓线，说明随着过热度增加，水蒸气的性质近定焓线，说明随着过热度增加，水蒸气的性质接近于理想气体。接近于理想气体。（d）定容线：由于 定容过程 即定容线是一簇斜率比定压线陡的曲线。（c）定干度线：即 的
11、曲线，只有在湿蒸汽区中才有 n n7-3-3 热力性质图表的应用热力性质图表的应用A-A-查取状态参数，由任意两个已知独立参数查取状态参数，由任意两个已知独立参数未知其未知其他参数。他参数。B-B-分析和计算各种蒸汽的热力过程（动力工程上广泛分析和计算各种蒸汽的热力过程（动力工程上广泛应用）应用）计算步骤为：计算步骤为：1. 1. 由初态两个独立参数和终态的一个参数及过程条件，由初态两个独立参数和终态的一个参数及过程条件，确定初、终态其他参数确定初、终态其他参数2. 2. 确定过程中工质与外界的能量交换，计算过程的功确定过程中工质与外界的能量交换，计算过程的功量和热量，这时，理想气体状态方程及
12、其所推导的量和热量，这时，理想气体状态方程及其所推导的有关公式已不能用，但热力学第一有关公式已不能用，但热力学第一、第二、第二定律仍可定律仍可用。用。应用水蒸气图（h-s）进行计算举例：例(1): 容积为85L的容器中，盛有液体水（质量 气体水质量 求容器中的压力。分析：已知 ，可先求干度X 又已知容器容积，则湿蒸汽比容可得： 由于 则可求得该湿蒸汽的对应的干饱和蒸汽比容为 查表得 有内插法，例例(2) 2水盛于V=0.2m3的抽空密闭容器中加热至200，求容器中P，h，蒸汽质量mg和其体积vg分析： 200 时，查得 故200 时的蒸汽为湿蒸汽 由 又7-5 水蒸汽的基本热力过程水蒸汽的基本
13、热力过程基本热力过程基本热力过程定容、定温、定压、绝热定容、定温、定压、绝热一般热力过程一般热力过程多变过程多变过程分析热力过程的目的分析热力过程的目的 一般地，水蒸汽的基本热力过程的计算，不采用分析计算，而是采用h-s图表来分析计算。在h-s图上，水蒸汽的基本热力过程克表示为：计算工质状态变化计算工质状态变化计算热计算热(能能)量交换量交换定压定容 水蒸汽定压发生过程（dp=0） 水蒸汽定容发生过程dv=0 定温发生过程dT=0定温绝热 对于可逆绝热发生过程（1-2，ds=0） 不可逆绝热发生过程（1-2，ds=0） 定熵效率例例(3)(3) 水蒸汽由水蒸汽由 可逆绝热膨胀到可逆绝热膨胀到 计算计算 分析：查分析：查 查查 可逆绝热膨胀可逆绝热膨胀 则则 则则例(4) 蒸汽进入汽轮机， 求每千克蒸汽在汽轮机内所完成的功量 此不可逆过程中的熵产分析： 由 若过程可逆，则 查得 则 而过程实际不可逆， 求得 查 则过程不可逆熵产为
