水蒸气与蒸汽动力循环课程

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,2020/7/14,#,第五章,水蒸气和蒸汽动力循环,学习导引,本章介绍了水蒸气的定压发生过程，水蒸气,图表及其应用，蒸汽动力循环的系统组成、工作,原理及循环在,T,-,s,图上的表示方法。,学习要求,1. 掌握有关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。,5. 掌握朗肯循环的基本装置、热力过程及热效率，了解蒸汽参数,对朗肯循环热效率的影响。,6. 了解再热循环和回热循环的基本装置、热力过程及热效率，了,解热电合供循环的基本思想和经济性指标。,本章难点,1. 本章的基本概念较多，也比较抽象，较难理解。学习中应反复深入地思考，正确理解这些概念的物理意义，找出其间有机的联系，并在应用中加深理解。,2. 熟练利用水蒸气图表进行相关工程计算在初始阶段会有一定难度，应结合例题与习题加强练习。,3. 朗肯循环的热效率计算有一定难度，分析蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响，以及提高其热效率的方法理解起来也有一定难度。,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，在热力工程中的使用极为广泛。,第一节 水蒸气的定压发生过程,如水蒸气在热电厂和空调工程中的 应用,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,p,s,饱和温度,t,s,如水蒸气：,p,s,0.101325 MPa，,t,s,=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,饱和蒸汽,饱和液体,在饱和状态下,有:,饱和温度和饱和压力一一对应。,4.,干度,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,。,x,0,，,饱和液体,0,x,1,，,湿(饱和)蒸汽,x,1,，,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。,m,v,-,湿蒸气中干饱和蒸气的质量,m,w,-,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,p,t,t,s,v,p,t,t,s,v,0,p,t,s,v,p,t,s,v,x,p,t,s,v,未饱和水,a,饱和水,b,湿(饱和)蒸气,c,干饱和蒸气,d,过热蒸气,e,汽化潜热,J/kg,过热度,过冷度,预热阶段,汽化阶段,过热阶段,凝结潜热,同工质同温度下,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,p,c,22.064MPa,t,c,373.99,v,c,0.003106m,3,/kg,临界点,C,饱和水线,(,x,0),、,饱和蒸汽线(,x,1,）,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。,例5-1,10kg水处于0.1MPa下时饱和温度,t,s,99.634，,当压力不变时，（1）若其温度变为120处于何种状态？,（2）若测得10kg工质中含蒸汽4kg，含水6kg则又处于何种状态？此时的温度与干度应为多少？,解：,（1）因,t,120，,t,s,99.634，,tt,s,，此时处于过,热蒸汽状态。其过热度为：,t,s,t,t,s,12099.63420.366（）,（2）10kg工质中既含有蒸汽又含有水，处于汽、液共存状,态，为湿蒸汽，其温度为饱和温度,t,t,s,99.634，其干度为,第二节 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,t,0,0.01,C，p,0,611.659Pa，,v,0,0.00100021,3,k，,u,0,=0kJ/kg；,s,0,=0kJ/（kg,K）,0, u,0, p,0,v,0,0.611Jkg0 kJkg,制冷剂蒸气图表常将零点规定于0以下,二、水和水蒸气表,饱和水与饱和蒸汽表,未饱和水与过热蒸汽表,（,附表6,）,按温度排列（,附表4,）,按压力排列（,附表5,）,湿蒸汽参数的确定:,参数右上角加“,”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,p,p,s,，,t,t,s,u,可通过,u,h,pv,求得,表中未列出的参数用线性插值法求得,例5-2,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）,p,0.1MPa，,t,50；（2）,p,0.5MPa，,t,200；（3）,p,0.8MPa，,v,=0.22m,3,/kg；（4）,p,1MPa，,t,179.916。,解：,（1）查附表5，,p,0.1MPa，,t,s,99.634。而,t,t,s,，,故第一种情况为未饱和水状态。查附表6，当,p,0.1MPa，,t,50时用线性插值法求得未饱和水的其它参数为,v,0.00101245m,3,/kg，,h,209.405kJ/kg，,s,0.70175kJ/（kgK），,u,h,pv,209.4050.110,3,0.00101245209.304（kJ/kg）,（2）查附表5，,p,0.5MPa，,t,s,151.867，而,t,t,s,，故第二种情况为过热水蒸气状态。查附表6，当,p,0.5MPa，,t,200时，过热水蒸气的其它参数为,v,0.42487m,3,/kg，,h,2854.9kJ/kg，,s,7.0585kJ/（kg,K），,u,h,pv,2854.9,0.5,10,3,0.42487,2642.465（kJ/kg）,（3）查附表5，当,p,0.8MPa时，,v,0.0011148m,3,/kg，,v,0.24037m,3,/kg；,h,721.2kJ/kg，,h,2768.86kJ/kg；,s,2.0464kJ/（kgK），,s,6.6625kJ/（kgK）,因为,v,0.22m,3,/kg，介于饱和水与干饱和水蒸气之间，即,v,v,v,， 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,t,x,t,s,170.444,h,x,h,+,x,（,h,h,）,721.2+0.915,（,2768.68,721.2）,2594.64（kJ/kg）,s,x,s,+,x,（,s,s,）,2.0464+0.915,（,6.6625,2.0464）,6.2701kJ/（kg,K）,u,x,h,x,pv,x,2594.64,0.8,10,3,0.22,2418.64（kJ/kg）,（4）查附表5，,p,1MPa，,t,s,179.916，,t,t,s,。故第四,种情况是饱和状态，但无法确定是饱和水，干饱和水蒸,气还是湿蒸汽，其余参数也无法确定。,三、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,定温线,t,临界点,C,下界线,（,x,0,）,上,界线,（,x,1,）,定压线,p,定比体积线,v,定干度线,x,定焓线,h,定熵线,s,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,四、水蒸气的基本热力过程,水蒸气的热力过程分析计算,步骤,：,（1）根据已知初态的两个独立参数，在图上（或水蒸气表上）找到代表初态的点，并查出其它初态参数值。,（2）根据过程条件（沿定压线、定容线、定温线、定熵线）和终态的一个参数值。找到终态的点，并查出终态的其它参数值（见图5-4）。,（3）根据已求的初、终态参数，应用热力学第一和第二定律等基本方程计算工质与外界传递的能量，即,q,，,w,等。,1.,定压过程,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,或,12,:定压吸热膨胀升温,21:定压放热被压缩降温,2.,定容过程,12过程: 定容吸热升压升温，吸收的热量全部转化为热力学能,3.,定温过程,12过程: 定温膨胀;,蒸汽状态由湿蒸汽变为干,饱和蒸汽,再变为过热蒸汽,4.,绝热过程,忽略散热及不可逆因素,对过热蒸汽，经绝热膨胀，过热度减小，变为干饱和蒸汽。若继续膨胀，则变为湿蒸汽，同时干度会随之减小。,工程计算中最常遇到. 如水蒸气通过汽轮机膨胀而对外作功；又如水蒸气通过喷管的过程等,例5-3,水蒸气在0.2MPa压力下从150定压加热到250，试求1kg水蒸气的吸热量、所作的膨胀功及热力学能增量。,解：,在,h,-,s,图上，由,p,0.2MPa的定压线与,t,1,150的定温,线相交得初状态点1，与,t,2,250的定温线相交得终状态点2，,如图5-6所示。查得,h,1,=2772kJ/kg，,v,1,=1m,3,/kg,h,2,=2973kJ/kg，,v,2,=1.22m,3,/kg,吸热量 （kJ/kg）,膨胀功 （kJ/kg）,热力学能增量 （kJ/kg）,例5-4,水蒸气由压力,p,1,1MPa，温度,t,1,300，可逆绝热膨胀至0.1MPa，试求1kg水蒸气所作的膨胀功和技术功。（分别用,h,-,s,图和水蒸气表计算）,解：,（1）用,h,-,s,图计算在,h,-,s,图上，由,p,1,1MPa的定压,线与,t,1,300的定温线相交得点1，如图5-4（d）所示。查得,h,1,3050kJ/kg，,v,1,0.26m,3,/kg,并求得,u,1,h,1,p,1,v,1,3050110,3,0.262790（kJ/kg）,过点1作定熵线与,p,2,0.1MPa的定压线相交得点2，查得,h,2,2590kJ/kg，,v,2,1.65m,3,/kg,求得,u,2,h,2,p,2,v,2,25900.110,3,1.652425（kJ/kg）,故膨胀功和技术功为,（kJ/kg）,（kJ/kg）,（,2,）用蒸气表计算 根据,p,1,1,MPa、,t,1,300,，查附表,6,未饱和水和过热蒸汽表，得,h,1,3050.4,kJ,/,kg，,v,1,0.25793,m,3,/,kg，,s,1,7.1216,kJ,/（,kg,K,）,所以,u,1,h,1,p,1,v,1,3050.4,1,10,3,0.25793,2792.5,（kJ,/,kg）,根据终压,p,2,0.1,MPa，查,附表5按压力排列的饱和水与饱和水蒸气,表，得,t,s,99.634,；,v,0.0010432,m,3,/,kg,，,v,1,.6943,m,3,/,kg；,h,417.52,kJ,/kg,，,h,2675.14,kJ,/kg,；,s,1.3028,kJ,/（,kg,K,），,s,7.3589,kJ,/（,kg,K,）,故,故,h,2,h,+,x,2,(,h,h,),417.52,+,0.96,(,2675.14,417.52),25,8,4.8,（,kJ,/kg,）,v,2,v,+,x,2,(,v,v,),0.0010432,+,0.96,(1,.6943,0.0010432),1,.6266（,m,3,/,kg,）,u,2,h,2,pv,2,25,8,4.84,0.1,10,3,1,.6266,24,22,.2,（,kJ/kg）,故膨胀功和技术功为,（,kJ,/,kg）,（,kJ,/,kg）,因为,s,2,s,1,7.1216,kJ/（kg,K,），,s,s,2,s,，所以状态,2是湿蒸汽。先求,x,2。根据,本章小结,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。,作业,P69-3、7,、,9,1,、,每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成功的路,。,8月-24,8月-24,Monday, August 26, 2024,2,、,成功源于不懈的努力，人生最大的敌人是自己怯懦,。,00:03:35,00:03:35,00:03,8/26/2024 12:03:35 AM,3,、,每天只看目标，别老想障碍,。,8月-24,00:03:35,00:03,Aug-24,26-Aug-24,4,、,宁愿辛苦一阵子，不要辛苦一辈子,。,00:03:35,00:03:35,00:03,Monday, August 26, 2024,5,、,积极向上的心态，是成功者的最基本要素,。,8月-24,8月-24,00:03:35,00:03:35,August 26, 2024,6,、,生活总会给你另一个机会，这个机会叫明天,。,26 八月 2024,12:03:35 上午,00:03:35,8月-24,7,、,人生就像骑单车，想保持平衡就得往前走,。,八月 24,12:03 上午,8月-24,00:03,August 26, 2024,8,、业余生活要有意义，不要越轨。,2024/8/26 0:03:35,00:03:35,26 August 2024,9,、,我们必须在失败中寻找胜利，在绝望中寻求希望,。,12:03:35 上午,12:03 上午,00:03:35,8月-24,10,、,一个人的梦想也许不值钱，但一个人的努力很值钱,。,8/26/2024 12:03:35 AM,00:03:35,26-8月-24,11,、,在真实的生命里，每桩伟业都由信心开始，并由信心跨出第一步,。,8/26/2024 12:03 AM,8/26/2024 12:03 AM,8月-24,8月-24,谢谢大家,