工程热力学：ch7 水蒸气

《工程热力学：ch7 水蒸气》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程热力学：ch7 水蒸气（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 第七章第七章 水蒸气水蒸气 第第7 7章章 水蒸气水蒸气 本章要求本章要求1 1、掌握有关蒸气的各种术语及其意义。如：、掌握有关蒸气的各种术语及其意义。如：汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、饱和汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、饱和液体、饱和压力、三相点、临界点、汽化液体、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。潜热等。2 2、了解蒸气定压发生过程及其在、了解蒸气定压发生过程及其在p-vp-v图和图和T-sT-s图上的一点、二线、三区和五态。图上的一点、二线、三区和五态。3 3、了解水蒸气图表的结构，并掌握其应用。、了解水蒸气图表的结构，并掌握其应用。4 4、掌握水蒸气热力过程的热量及功量的计算。

2、、掌握水蒸气热力过程的热量及功量的计算。第第7 7章章 水蒸气水蒸气水蒸气水蒸气在空气中含量很小，当作理想气体在空气中含量很小，当作理想气体一般情况下，为实际气体，使用图表一般情况下，为实际气体，使用图表1818世纪，蒸气机的发明，是唯一工质世纪，蒸气机的发明，是唯一工质直到内燃机发明，才有燃气工质直到内燃机发明，才有燃气工质目前水蒸气仍是火力发电、核电、化工的工质目前水蒸气仍是火力发电、核电、化工的工质优点优点: : 便宜，易得，无毒，便宜，易得，无毒， 膨胀性能好，传热性能好膨胀性能好，传热性能好是其它实际气体的代表是其它实际气体的代表第第7 7章章 水蒸气水蒸气 第一节 气化与饱和状态气

3、化与饱和状态第第7 7章章 水蒸气水蒸气一、汽化与凝结一、汽化与凝结 汽化汽化物质由液态转变为气态的过程。物质由液态转变为气态的过程。 蒸发蒸发 沸腾沸腾 闪蒸（降压沸腾）闪蒸（降压沸腾）第第7 7章章 水蒸气水蒸气汽化与饱和汽化与饱和沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化(气体和液体均处在饱和状态下气体和液体均处在饱和状态下)饱和状态：饱和状态：汽化与凝结的动态平衡汽化与凝结的动态平衡汽化汽化: 由液态变成气态的物理过程由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化不涉及化学变化)蒸发：汽液表面上的汽化蒸发：汽液表面上的汽化 第第7 7章章 水蒸气水蒸气液体分子脱离

4、其液体分子脱离其表面的汽化速度表面的汽化速度气体分子回到液气体分子回到液体中的凝结速度体中的凝结速度这时液体与蒸气处于动平衡状态，称为饱和状态饱和液体饱和液体饱和蒸气饱和蒸气二、饱和状态二、饱和状态第第7 7章章 水蒸气水蒸气称为饱和温度和饱和压力饱和温度和饱和压力第第7 7章章 水蒸气水蒸气 处于饱和状态的气体与液体温度相处于饱和状态的气体与液体温度相同，处于同，处于“饱和温度饱和温度t ts s”，蒸气的压力称，蒸气的压力称为为“饱和压力饱和压力p ps s”饱和蒸气压方程饱和蒸气压方程 当达到汽化和凝结速度相等的饱和当达到汽化和凝结速度相等的饱和状态时，饱和温度和压力必存在单值性状态时，

5、饱和温度和压力必存在单值性关系。关系。saturated临界点临界点当温度超过一定值当温度超过一定值t tc c时，液相不可能存在，时，液相不可能存在，而呈气相。而呈气相。t tc c称为称为“临界温度临界温度”，对应的饱和，对应的饱和压力压力p pc c称为称为“临界压力临界压力”。临界参数是物质的固有常数，如水的临界参临界参数是物质的固有常数，如水的临界参数为：数为：第第7 7章章 水蒸气水蒸气三相点三相点三相点是固、液、气三相共三相点是固、液、气三相共存的状态，各种物质在三相点存的状态，各种物质在三相点的的温度温度与与压力压力分别为定值，但分别为定值，但比体积比体积则随固、液、气三相的则

6、随固、液、气三相的混合比例不同而异。混合比例不同而异。水的三相点温度和压力值：水的三相点温度和压力值：第第7 7章章 水蒸气水蒸气饱和状态饱和状态饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和温度饱和温度T Ts s饱和压力饱和压力p ps s一一对应一一对应T Ts sp ps sp ps s=1.01325bar=1.01325barT Ts s=100 =100 青藏青藏p ps s=0.6bar=0.6barT Ts s=85.95 =85.95 高压锅高压锅p ps s=1.6bar=1.6barT Ts s=113.32 =113.32 第第7 7章章 水蒸气水蒸

7、气水的热力学面水的热力学面两相区两相区单相区单相区气气液液固固pvT六个区：三个单相区、三个两相区六个区：三个单相区、三个两相区液-气固固-气气固固-液液pvT第第7 7章章 水蒸气水蒸气饱和线、三相线和临界点（视图）饱和线、三相线和临界点（视图）pv饱和气线饱和气线三三相相线线饱和液线饱和液线饱和固线饱和固线T临界点临界点第第7 7章章 水蒸气水蒸气ppT液液气气固固水水三相点三相点临界点临界点流体流体汽化线汽化线水和纯物质的水和纯物质的p-T相图比较（差异）相图比较（差异）ppTT液液液液气气气气固固固固水水一般物质一般物质三相点三相点三相点三相点临界点临界点临界点临界点流体流体流体流体汽

8、化线汽化线第第7 7章章 水蒸气水蒸气汽化线汽化线 第二节 水蒸气的定压发生过程水蒸气的定压发生过程第第7 7章章 水蒸气水蒸气 工业上所用的水蒸气都是在定压加热工业上所用的水蒸气都是在定压加热设备中产生的。一般经过三个阶段：设备中产生的。一般经过三个阶段：预热阶段预热阶段汽化阶段汽化阶段过热阶段过热阶段第第7 7章章 水蒸气水蒸气水蒸气定压发生过程图水蒸气定压发生过程图第第7 7章章 水蒸气水蒸气预热预热蒸发蒸发过热过热预热阶段预热阶段状态及状态参数：状态及状态参数：未饱和水（过冷水）未饱和水（过冷水）饱和水饱和水第第7 7章章 水蒸气水蒸气饱和水饱和水湿饱和蒸气湿饱和蒸气干饱和蒸气干饱和蒸

9、气 这个阶段所需的热量称为汽化潜热这个阶段所需的热量称为汽化潜热 g汽化阶段汽化阶段第第7 7章章 水蒸气水蒸气过热过热干度定义：干度定义：x湿蒸气中饱和蒸气所占的质量百分比。湿蒸气中饱和蒸气所占的质量百分比。第第7 7章章 水蒸气水蒸气湿蒸气湿蒸气（干饱和蒸气（干饱和蒸气 + 饱和水）饱和水）干饱和蒸气干饱和蒸气定义定义干饱和蒸气干饱和蒸气饱和水饱和水对对干度干度x x的说明：的说明：x = x = 0 0 饱和水饱和水x = x = 1 1 干饱和蒸气干饱和蒸气0 0 x x 1 1 未饱和水蒸气未饱和水蒸气在过冷水和过热蒸汽区域，在过冷水和过热蒸汽区域，x x的表达无意义的表达无意义干饱

10、和蒸气干饱和蒸气过热蒸气过热蒸气 这个阶段所需的热量称为这个阶段所需的热量称为过热热过热热 q qsupsup ，tt= =t-tt-ts s称为称为过热度过热度过热阶段过热阶段第第7 7章章 水蒸气水蒸气一点一点：临界点：临界点 二线二线：上界线和下界线：上界线和下界线三区三区：液态区、湿蒸气区及过热区：液态区、湿蒸气区及过热区五态五态：未饱和水、饱和水、湿蒸气、干饱和蒸气及过热蒸气：未饱和水、饱和水、湿蒸气、干饱和蒸气及过热蒸气状态图状态图第第7 7章章 水蒸气水蒸气一、水蒸气定压生成过程中热量的计算一、水蒸气定压生成过程中热量的计算1.1.水的定压预热阶段水的定压预热阶段1 1T Ts

11、s液体热液体热2.2.饱和水的定压汽化过程饱和水的定压汽化过程汽化潜热汽化潜热3.3.水蒸气的定压过热过程水蒸气的定压过热过程2 2过热热过热热1kg1kg1kg1kg水从水从水从水从1 1 1 1状态被加热到状态被加热到状态被加热到状态被加热到2 2 2 2状态所吸收的热量状态所吸收的热量状态所吸收的热量状态所吸收的热量C2010C1020pvTs 水的临界参数水的临界参数水的临界参数水的临界参数 二、水蒸汽的二、水蒸汽的p-v图和图和T-s图图一点一点一点一点: : : : 临界点临界点临界点临界点; ; ; ; 二线二线二线二线: : : :饱和水线、干饱和蒸汽线饱和水线、干饱和蒸汽线饱

12、和水线、干饱和蒸汽线饱和水线、干饱和蒸汽线; ; ; ;三区三区三区三区: : : : 未饱和水区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区未饱和水区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区未饱和水区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区未饱和水区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区; ; ; ;五态五态五态五态: : : : 未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽. . . .vpTs 第三节 水蒸气的热力性质图表水蒸气的热力性质图表第第7 7章章 水蒸气水蒸气水与水蒸气的状态参数水

13、与水蒸气的状态参数p p、v v、t t、h h、s s均可均可从水蒸气图表中查到；从水蒸气图表中查到；图表中没有的参数，可根据参数间的一般图表中没有的参数，可根据参数间的一般关系计算得到，如关系计算得到，如u u 按按 u=u=h-pvh-pv 计算。计算。第第7 7章章 水蒸气水蒸气一、对零点的规定一、对零点的规定由于在水及水蒸气的参数计算中不必求其由于在水及水蒸气的参数计算中不必求其绝对值，仅求其增量或减少量，故可规绝对值，仅求其增量或减少量，故可规定一任意起点。定一任意起点。国际水蒸气会议规定，水的三相点以国际水蒸气会议规定，水的三相点以273.16K273.16K的液相水作为基准点，

14、规定其热的液相水作为基准点，规定其热力学力学能能及及熵熵都为都为0 0。第第7 7章章 水蒸气水蒸气 对于对于t t0 0= =t ttptp=0.01=0.01、p p0 0= =p ptptp=611.659 =611.659 PaPa的饱和水，有：的饱和水，有： IFCIFC（国际公式化委员会）于（国际公式化委员会）于19671967和和19971997年先后发年先后发布了分段拟合的水和水蒸气热力性质公式，但目前工布了分段拟合的水和水蒸气热力性质公式，但目前工程上仍主要还是用图表计算程上仍主要还是用图表计算。第第7 7章章 水蒸气水蒸气二、水蒸气表二、水蒸气表 水蒸气表水蒸气表 饱和水及

15、干饱和蒸气表饱和水及干饱和蒸气表 未饱和水及过热蒸气表未饱和水及过热蒸气表 查表查表 判断工质所处的状态判断工质所处的状态 查相应的表或进行相应的计算查相应的表或进行相应的计算第第7 7章章 水蒸气水蒸气情况一：已知（情况一：已知（p,tp,t）查饱和表得已知压力（或温度）下的饱和温度查饱和表得已知压力（或温度）下的饱和温度t ts s( (p p) )（或饱和压力或饱和压力p ps s( (t t) ) ）：）： 在湿蒸气区，在湿蒸气区，p p、t t不是两个独立的变量，因不是两个独立的变量，因此不能由此不能由p p、t t确定状态点。确定状态点。第第7 7章章 水蒸气水蒸气情况二：已知情况

16、二：已知p（或（或t）及某一比参数及某一比参数y（v或或s或或h）查饱和表得已知压力（或温度）下的查饱和表得已知压力（或温度）下的y、y”：第第7 7章章 水蒸气水蒸气在湿蒸气区干度及其它参数的的计算：在湿蒸气区干度及其它参数的的计算：第第7 7章章 水蒸气水蒸气湿饱和蒸汽区状态参数的确定湿饱和蒸汽区状态参数的确定 如果有如果有1kg湿蒸气，干度为湿蒸气，干度为x, 即有即有xkg饱和饱和蒸汽，蒸汽，(1-x)kg饱和水。饱和水。已知已知p或或T(h,v,s,h,v,s)+干度干度xh ,v ,s p-vp-v图与图与T-sT-s图图第第7 7章章 水蒸气水蒸气焓熵图焓熵图 （h-S 图）图）

17、第第7 7章章 水蒸气水蒸气例题例题利用水蒸气表判断下列各点的状态，并利用水蒸气表判断下列各点的状态，并确定其确定其h, s, x 值：值：(1) p1=2 MPa, t1=300C(2) p2=9 MPa, v2=0.017m3/kg(3) p3=0.5 MPa, x3=0.9第第7 7章章 水蒸气水蒸气 第四节 水蒸气的基本过程水蒸气的基本过程第第7 7章章 水蒸气水蒸气水蒸汽基本过程水蒸汽基本过程 定容、定压、定温及定熵四种定容、定压、定温及定熵四种求解任务求解任务与解理想气体的过程一样，要求：与解理想气体的过程一样，要求：1 1、初态和终态的参数；、初态和终态的参数；2 2、过程中的热

18、量和功。、过程中的热量和功。第第7 7章章 水蒸气水蒸气利用图表分析、计算水蒸气的步骤：利用图表分析、计算水蒸气的步骤：1 1、根据初态的两个已知参数，从表或图中、根据初态的两个已知参数，从表或图中查得其他参数。查得其他参数。2 2、根据过程特征及一个终态参数确定终态，、根据过程特征及一个终态参数确定终态，再从表或图上查得其他参数。再从表或图上查得其他参数。3 3、根据已求得的初、终态参数计算、根据已求得的初、终态参数计算q q、 u u及及w w。第第7 7章章 水蒸气水蒸气内插法内插法12已知已知求求由图可看出由图可看出两三角形相似，对应边成比例两三角形相似，对应边成比例。整理得整理得所所

19、 以以有有注注注注* *仅述你自己的看法仅述你自己的看法仅述你自己的看法仅述你自己的看法1 1、是否已对学过的内容建立了初步的概念？、是否已对学过的内容建立了初步的概念？、是否已对学过的内容建立了初步的概念？、是否已对学过的内容建立了初步的概念？( (？%)%)2 2、课程进度与难度是否适中？能否及时消化？、课程进度与难度是否适中？能否及时消化？、课程进度与难度是否适中？能否及时消化？、课程进度与难度是否适中？能否及时消化？3 3、作业量是否合适？缺勤的原因（无则不答）、作业量是否合适？缺勤的原因（无则不答）、作业量是否合适？缺勤的原因（无则不答）、作业量是否合适？缺勤的原因（无则不答） ？4

20、 4、需要详解或者补充热力学哪方面的内容？、需要详解或者补充热力学哪方面的内容？、需要详解或者补充热力学哪方面的内容？、需要详解或者补充热力学哪方面的内容？5 5、哪些章节的内容比较难理解难消化？平时有疑难你会怎样、哪些章节的内容比较难理解难消化？平时有疑难你会怎样、哪些章节的内容比较难理解难消化？平时有疑难你会怎样、哪些章节的内容比较难理解难消化？平时有疑难你会怎样做？做？做？做？6 6、对于本课程，后面停课的四周你会做什么？、对于本课程，后面停课的四周你会做什么？、对于本课程，后面停课的四周你会做什么？、对于本课程，后面停课的四周你会做什么？7 7、平时学习中有无预、复习习惯？对本课程呢？、平时学习中有无预、复习习惯？对本课程呢？、平时学习中有无预、复习习惯？对本课程呢？、平时学习中有无预、复习习惯？对本课程呢？8 8、你自己对本课有哪些学习收获、心得、方法？、你自己对本课有哪些学习收获、心得、方法？、你自己对本课有哪些学习收获、心得、方法？、你自己对本课有哪些学习收获、心得、方法？9 9、其他。（随意谈谈）、其他。（随意谈谈）、其他。（随意谈谈）、其他。（随意谈谈）