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1、第三部分第三部分 热力过程及热力循环热力过程及热力循环第九章第九章 气体与蒸汽的流动气体与蒸汽的流动 本章提要本章提要: : 本章讨论气体和蒸汽在流道中的流动，主要研究在工程上常本章讨论气体和蒸汽在流道中的流动，主要研究在工程上常见的绝热流动过程（可逆与不可逆过程），内容包括：见的绝热流动过程（可逆与不可逆过程），内容包括：流动的流动的基本方程、定熵流动特性及气体在喷管（或扩压管）中流动过基本方程、定熵流动特性及气体在喷管（或扩压管）中流动过程的分析计算程的分析计算（包括设计及校核计算）。同时对有摩擦的不可（包括设计及校核计算）。同时对有摩擦的不可逆流动过程及节流过程也进行简要的分析。逆流动过
2、程及节流过程也进行简要的分析。第三部分第三部分 热力过程及热力循环热力过程及热力循环第九章第九章 气体与蒸汽的流动气体与蒸汽的流动 本章要求本章要求: : 1 1了解了解流动过程流动过程必须遵循必须遵循的基本规律的基本规律基本方程组。基本方程组。 2 2理解定熵流动的特性方程是反映可逆绝热流动规律的一般性方程式，理解定熵流动的特性方程是反映可逆绝热流动规律的一般性方程式，由该方程可知，在流体流动中综合考虑能量平衡和状态变化的结果发现亚由该方程可知，在流体流动中综合考虑能量平衡和状态变化的结果发现亚声速气流与超声速气流在其流动特性上是截然不同的。声速气流与超声速气流在其流动特性上是截然不同的。
3、3 3能进行能进行喷管（或扩压管）的设计计算及校核计算喷管（或扩压管）的设计计算及校核计算。特别注意在理想气。特别注意在理想气体流动过程的计算中常采用解析计算方法而在水蒸汽的计算中多借助于水体流动过程的计算中常采用解析计算方法而在水蒸汽的计算中多借助于水蒸汽图表（特别是蒸汽图表（特别是h hs s图）进行。图）进行。 4 4能分析计算存在摩擦的绝热流动过程及节流过程，了解节能冷效应、能分析计算存在摩擦的绝热流动过程及节流过程，了解节能冷效应、热效应及零效应的含义及应用。热效应及零效应的含义及应用。第二部分第二部分 工质的热力性质工质的热力性质第六章第六章 蒸汽的热力性质蒸汽的热力性质 本章要求
4、本章要求: : 1 1了解单元工质的相图与相转变，知道了解单元工质的相图与相转变，知道p p- -T T 相图的特点。相图的特点。2 2了解饱和液与饱和蒸气表的特点、参数范围、使用方法。了解饱和液与饱和蒸气表的特点、参数范围、使用方法。3 3了解未饱和液与过热蒸气表的结构及使用方法。了解未饱和液与过热蒸气表的结构及使用方法。4 4掌握水蒸气和常用的制冷剂热力性质图表的使用，能灵活掌握水蒸气和常用的制冷剂热力性质图表的使用，能灵活应用蒸汽的热力性质图表对实际工程中的能量转换过程进行分应用蒸汽的热力性质图表对实际工程中的能量转换过程进行分析、计算和研究。析、计算和研究。91 概概 述述n1流动过程
5、在工程上常有出现流动过程在工程上常有出现n2流速变化必然意味着流动过程中有能量的流速变化必然意味着流动过程中有能量的转换和流体热力状态的变化转换和流体热力状态的变化n3流动速度与流道的尺寸有关，其速度变化流动速度与流道的尺寸有关，其速度变化需要流道尺寸的配合需要流道尺寸的配合92 稳定流动的基本方程稳定流动的基本方程 n稳定流动稳定流动:n流体在流经任何一个固定点时，其全部参数（热力流体在流经任何一个固定点时，其全部参数（热力学参数和力学参数）不随时间变化的流动过程学参数和力学参数）不随时间变化的流动过程n一维稳定流动一维稳定流动:n参数只在流动方向上有变化的稳定流动称为参数只在流动方向上有变
6、化的稳定流动称为92 稳定流动的基本方程稳定流动的基本方程 n一一稳定流动的连续性方程稳定流动的连续性方程nn适用于稳定流动过程，而不论适用于稳定流动过程，而不论n流体（液体和气体）的性质如流体（液体和气体）的性质如n何，或过程是否可逆何，或过程是否可逆92 稳定流动的基本方程稳定流动的基本方程 n二二稳定流动能量方程稳定流动能量方程nn三三熵方程熵方程nn四四状态方程状态方程94 气体在喷管和扩压管中的流动气体在喷管和扩压管中的流动 n喷管喷管是使气流降压增速的流道是使气流降压增速的流道n扩压管扩压管是使气流减速增压的流道是使气流减速增压的流道n一一速度变化与状态变化的关系速度变化与状态变化
7、的关系nn流速增加（流速增加（dcf0）压力降低（压力降低（dp0）n流速降低（流速降低（dcf0）气体压缩（）气体压缩（dv0）94 气体在喷管和扩压管中的流动气体在喷管和扩压管中的流动 n二二流速变化、状态变化与流道截面积变化的关系流速变化、状态变化与流道截面积变化的关系61 单元工质的相图与相转变单元工质的相图与相转变n二二pv及及Ts相图相图n平衡共存的饱和液与饱和气分别为定压线及定温线上两个平衡共存的饱和液与饱和气分别为定压线及定温线上两个不同的状态点不同的状态点1及及1所表示所表示n在一定压力下在一定压力下1kg饱和液转变为饱和气吸收的热量称为汽饱和液转变为饱和气吸收的热量称为汽化
8、潜热化潜热，用符号，用符号r表示，单位为表示，单位为kJ/kgn63 蒸汽的定压发生过程蒸汽的定压发生过程n实际工程中，工质由液体转实际工程中，工质由液体转变成蒸气的设备变成蒸气的设备(如锅炉、蒸如锅炉、蒸气发生器、蒸煮设备等气发生器、蒸煮设备等)内，内，工质的压力变化都很小，其工质的压力变化都很小，其中的过程可视为蒸气在定压中的过程可视为蒸气在定压下发生的过程。一些使蒸气下发生的过程。一些使蒸气凝结成液体的设备凝结成液体的设备(如冷凝器如冷凝器)中的过程亦可视为在定压下中的过程亦可视为在定压下的凝结过程。的凝结过程。n蒸汽的定压发生过程蒸汽的定压发生过程63 蒸汽的定压发生过程蒸汽的定压发生
9、过程n蒸汽的定压发生过程蒸汽的定压发生过程n液体加热阶段指工质由初始的液体加热阶段指工质由初始的未饱和液未饱和液(或称过冷液或称过冷液)状态吸热达状态吸热达到饱和液的阶段到饱和液的阶段n气化阶段指饱和液吸热转变成相同压力下饱和蒸气的阶段，气化气化阶段指饱和液吸热转变成相同压力下饱和蒸气的阶段，气化段的两个端点分别为段的两个端点分别为饱和液饱和液及及饱和蒸气饱和蒸气状态，而线段中间的点则状态，而线段中间的点则表示它们的混合物，通常称其为表示它们的混合物，通常称其为湿蒸气湿蒸气。湿蒸气中饱和蒸气占的。湿蒸气中饱和蒸气占的质量成分称为质量成分称为干度干度n温度高于相应压力下饱和温度的蒸气称为温度高于
10、相应压力下饱和温度的蒸气称为过热蒸气过热蒸气，超出的温度，超出的温度值值( t=tts)常称为过热度。将工质由饱和蒸气状态加热成所需常称为过热度。将工质由饱和蒸气状态加热成所需温度过热蒸气的阶段称过热阶段。温度过热蒸气的阶段称过热阶段。n一点二线三区五状态一点二线三区五状态64 蒸汽热力性质表蒸汽热力性质表n蒸气热力性质计算包括蒸气热力性质计算包括液体的参数计算、过热蒸气的液体的参数计算、过热蒸气的参数计算和湿蒸气的参数计算参数计算和湿蒸气的参数计算。n若有恰当的状态方程，它对液体和蒸气都有足够的精若有恰当的状态方程，它对液体和蒸气都有足够的精确度，且有较精确的蒸气压方程及比热容函数，就可确度
11、，且有较精确的蒸气压方程及比热容函数，就可以依据热力学一般关系对蒸气的热力性质进行计算，以依据热力学一般关系对蒸气的热力性质进行计算，或将计算结果编制成蒸气热力性质图、表供工程应用。或将计算结果编制成蒸气热力性质图、表供工程应用。n在计算技术高度发展的今天，直接用计算的方法获取在计算技术高度发展的今天，直接用计算的方法获取所需工质状态参数的数值，己在工程研究和设计中日所需工质状态参数的数值，己在工程研究和设计中日益广泛地采用。益广泛地采用。n在更多的工程计算中还是应用蒸气热力性质图、表进在更多的工程计算中还是应用蒸气热力性质图、表进行查算。行查算。64 蒸汽热力性质表蒸汽热力性质表n一一基准点
12、的选定基准点的选定n热力学能和熵都是以它们的变化量定义的，热力学能和熵都是以它们的变化量定义的，某一状态某一状态下它们的数值与基准点的数值有关下它们的数值与基准点的数值有关n不同工质的热力性质图表对基准点有不同的选择。甚不同工质的热力性质图表对基准点有不同的选择。甚至不同著作者编制的同一种工质的热力性质图表也可至不同著作者编制的同一种工质的热力性质图表也可能选定不同的基准点。能选定不同的基准点。n在水蒸气热力性质图表中，基准点的选定是基本一致在水蒸气热力性质图表中，基准点的选定是基本一致的：处于三相点的饱和水的热力学能及熵值为零的：处于三相点的饱和水的热力学能及熵值为零n对于氨蒸气、氟里昂蒸气
13、等对于氨蒸气、氟里昂蒸气等制冷工质制冷工质，不同著作者编，不同著作者编制的热力性质图表，制的热力性质图表，选定的基准点多不相同选定的基准点多不相同64 蒸汽热力性质表蒸汽热力性质表n二二饱和液及饱和蒸气热力性质表饱和液及饱和蒸气热力性质表n饱和液及饱和蒸气是可以两相平衡共存的状态，它们的独立饱和液及饱和蒸气是可以两相平衡共存的状态，它们的独立强度参数只有一个强度参数只有一个n对应对应一定的温度一定的温度t，就有确定的饱和压力，就有确定的饱和压力ps、饱和液的比体积、饱和液的比体积v、比焓、比焓h、比熵、比熵s、以及饱和蒸气的比体积、以及饱和蒸气的比体积v、比焓、比焓h、比熵比熵s。n同样，在同
14、样，在给定压力给定压力p以后，就可以确定饱和温度以后，就可以确定饱和温度ts及饱和液、及饱和液、饱和蒸气的各个参数。饱和蒸气的各个参数。n附录表附录表9、10、12、13、14分别给出分别给出H2O、NH3及及R134a的的饱和液及饱和蒸气热力性质表。饱和液及饱和蒸气热力性质表。64 蒸汽热力性质表蒸汽热力性质表n二二饱和液及饱和蒸气热力性质表饱和液及饱和蒸气热力性质表n饱和液及饱和蒸气表还用以进行饱和液及饱和蒸气表还用以进行湿蒸气参数的计算湿蒸气参数的计算n例如，在给定湿蒸气的压力例如，在给定湿蒸气的压力(或温度或温度)及干度及干度x的条件下，可以的条件下，可以在表上查取饱和液的比体积在表上
15、查取饱和液的比体积v及饱和蒸气的比体积及饱和蒸气的比体积v，1kg湿蒸气中饱和蒸气所占容积为湿蒸气中饱和蒸气所占容积为xv、饱和液占的容积为、饱和液占的容积为(1x)v，因此湿蒸气的平均比体积，因此湿蒸气的平均比体积vx为为nn同理同理64 蒸汽热力性质表蒸汽热力性质表n三三未未饱和液及过热蒸气热力性质表饱和液及过热蒸气热力性质表n未饱和液及过热蒸气在平衡时都呈单相状态，它们有两个独未饱和液及过热蒸气在平衡时都呈单相状态，它们有两个独立的强度参数，只有给定了两个参数才能确定状态，从而确立的强度参数，只有给定了两个参数才能确定状态，从而确定其它参数定其它参数n为应用方便，工程上通常为应用方便，工
16、程上通常给定温度和压力制作未饱和液及过给定温度和压力制作未饱和液及过热蒸气热力性质表热蒸气热力性质表n附录表附录表11给出未饱和水及过热蒸汽热力性质表，附录表给出未饱和水及过热蒸汽热力性质表，附录表15给给出制冷工质出制冷工质134a过热蒸气热力性质表。过热蒸气热力性质表。n在有相区分界线的间隔内存在着相转变区域，故不能用处于在有相区分界线的间隔内存在着相转变区域，故不能用处于分界线不同侧的参数值作内插计算分界线不同侧的参数值作内插计算64 蒸汽热力性质表蒸汽热力性质表n例题例题6.2工质工质H2O的压力为的压力为10MPa，在具有下列参数时它的，在具有下列参数时它的状态点分别处于什么相区内：
17、状态点分别处于什么相区内：n(1)t=280：(2)t=550；(3)v=001m3/kg；(4)h=2500kJkg；(5)h3500kJkg；n(6)s=30kJ/(kgK)n64 蒸汽热力性质表蒸汽热力性质表n解：按解：按p=10MPa查以压力为序的饱和水与饱和水蒸气表，得查以压力为序的饱和水与饱和水蒸气表，得nts=311037、v00014522m3kg、v=0.0180226m3kgnh14072kJkg、h272446kJ/kg、s=33591kJ/(kgK)ns56139kJ/(kgK)n(1)t=280ts，H2O处于未饱和水区处于未饱和水区n(2)t=550ts，H2O处于
18、过热蒸汽区处于过热蒸汽区n(3)vv=001m3/kgv，H2O处于湿蒸汽区处于湿蒸汽区n(4)hh，H2O处于过热蒸汽区处于过热蒸汽区n(6)s=30kJ(kgK)s，H2O处于未饱和水区处于未饱和水区65 蒸汽热力性质图蒸汽热力性质图n蒸气热力性质表中所列参数值的精确度较高，这是热力性质蒸气热力性质表中所列参数值的精确度较高，这是热力性质表的优点。表的优点。n热力性质表中的数据是离散的，应用中往往需要采用内插计热力性质表中的数据是离散的，应用中往往需要采用内插计算，带来应用的不便；算，带来应用的不便；n数据表不能形象地表示热工设备中工质的热力过程。数据表不能形象地表示热工设备中工质的热力过
19、程。n按照各种工程具体应用的要求，选用不同的参数坐标，将工按照各种工程具体应用的要求，选用不同的参数坐标，将工质的热力状态参数关系制成线图供工程应用。这种线图称热质的热力状态参数关系制成线图供工程应用。这种线图称热力性质图。力性质图。n常用的热力性质图有热能动力工程中采用的常用的热力性质图有热能动力工程中采用的焓焓熵熵(hs)图图、制冷工程中采用的制冷工程中采用的压压焓焓(p-h)图图、深冷工程中常用的温、深冷工程中常用的温熵熵(Ts)图，等等。图，等等。65 蒸汽热力性质图蒸汽热力性质图n一一焓焓熵熵(h-s)图图n换热设备的换热量、热力机械完成的技术功量常常都用设备换热设备的换热量、热力机
20、械完成的技术功量常常都用设备进、出口工质的焓差计算，而熵是表达过程方向的参数，故进、出口工质的焓差计算，而熵是表达过程方向的参数，故以焓为纵坐标，熵为横坐标的焓以焓为纵坐标，熵为横坐标的焓熵图在热能动力工程中广熵图在热能动力工程中广为应用为应用n65 蒸汽热力性质图蒸汽热力性质图n例题例题6.8参数参数p1=9MPa、t1=500的过热蒸汽进入汽轮机绝热膨胀到的过热蒸汽进入汽轮机绝热膨胀到出口压力出口压力p2=0005MPa。若将过程理想化为定熵过程，求过程作出的。若将过程理想化为定熵过程，求过程作出的功量、出口蒸汽状态及干度。功量、出口蒸汽状态及干度。n解：此题应用蒸汽的热力性质图进行计算、
21、分析比较方便。解：此题应用蒸汽的热力性质图进行计算、分析比较方便。n按给定的按给定的pl、tl在在hs图上确定进口蒸汽状态点图上确定进口蒸汽状态点1，并查得，并查得h13387.0kJ/kg、s1=6.659kJ(kgK)、v1=0037m3/kg。n按题意，由进口状态点按题意，由进口状态点1作定熵线与作定熵线与p2定压线的交点即为出口状态点定压线的交点即为出口状态点2，并查得并查得ns2=s1=6.659kJ(kgK)、h22028.0kJkg、v222m3/kg、t233n定熵膨胀作功量定熵膨胀作功量nwth1h23387.02028.0n1359.0kJkg65 蒸汽热力性质图蒸汽热力性
22、质图n二二压压焓焓(ph)图图n蒸气压缩制冷循环的主要过程中包括制冷剂在蒸发器内的定压吸热过程，蒸气压缩制冷循环的主要过程中包括制冷剂在蒸发器内的定压吸热过程，在冷凝器中的定压放热过程，和一个进、出口焓值相等的绝热节流过程。在冷凝器中的定压放热过程，和一个进、出口焓值相等的绝热节流过程。压力和焓值是确定、分析、计算蒸气压缩制冷循环的主要参数。因此，压力和焓值是确定、分析、计算蒸气压缩制冷循环的主要参数。因此，以压力为纵坐标、焓为横坐标的压以压力为纵坐标、焓为横坐标的压焓图在制冷工程中广为应用。焓图在制冷工程中广为应用。65 蒸汽热力性质图蒸汽热力性质图n例题例题6.6氟里昂氟里昂R134a在制
23、冷设备中由压力在制冷设备中由压力p11000kPa的饱和液的饱和液(状态状态1)经绝热节流至经绝热节流至p2=400kPa(状状态态2)；进入蒸发器定压吸热气化成饱和蒸气；进入蒸发器定压吸热气化成饱和蒸气(状态状态3)；再；再由压缩机定熵压缩到初压由压缩机定熵压缩到初压p1(状态状态4)；最后在冷凝器中定；最后在冷凝器中定压放热凝结为初态饱和液，完成循环。压放热凝结为初态饱和液，完成循环。(1)将上述循环表将上述循环表示在氟里昂示在氟里昂134a的的Ts及及ph图上；图上；(2)在蒸气热力性在蒸气热力性质图表中查取或计算出各状态点的温度、焓、熵、比体质图表中查取或计算出各状态点的温度、焓、熵、
24、比体积及干度；积及干度；(3)计算循环在蒸发器内的吸热量，在冷凝器计算循环在蒸发器内的吸热量，在冷凝器中的放热量及压缩机的耗功量。中的放热量及压缩机的耗功量。65 蒸汽热力性质图蒸汽热力性质图n解：各状态点的参数可在解：各状态点的参数可在R134的的ph图上直接查取。亦可应用蒸气热力图上直接查取。亦可应用蒸气热力性质表查算。本例用后一种方法求解。性质表查算。本例用后一种方法求解。n状态状态1为为p1100kPa的饱和液，由以压力为序的氟里昂的饱和液，由以压力为序的氟里昂R134a饱和饱和液及饱和蒸气热力性质表可查得液及饱和蒸气热力性质表可查得:nt1=3939h1=25553kJ/kgs1=1
25、1877kJ(kgK)nv1=087091m3/kgx1=0n为计算状态为计算状态2的参数，先在表上查出的参数，先在表上查出p2=400kPa下的饱和液及饱和蒸气下的饱和液及饱和蒸气参数参数nt2=8.9350444m3kg079220m3kgnh240316kJkg、h221216kJkg、s217206kJ(kgK)n12过程为绝热节流过程，过程前后的焓值相等。过程为绝热节流过程，过程前后的焓值相等。nh2h125553kJkg小小 结结 n1 1了解单元工质的相图与相转变，知道了解单元工质的相图与相转变，知道p p- -T T 相图相图的特点。的特点。n2 2了解饱和液与饱和蒸气表的特点、参数范围、了解饱和液与饱和蒸气表的特点、参数范围、使用方法。使用方法。n3 3了解未饱和液与过热蒸气表的结构及使用方法了解未饱和液与过热蒸气表的结构及使用方法n4 4掌握水蒸气和常用的制冷剂热力性质图表的使掌握水蒸气和常用的制冷剂热力性质图表的使用，能灵活应用蒸汽的热力性质图表对实际工程中用，能灵活应用蒸汽的热力性质图表对实际工程中的能量转换过程进行分析、计算和研究。的能量转换过程进行分析、计算和研究。作作 业业 n66n68n610n615n。
