哈工大工程热力学课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章,水和水蒸气的性质,1,基本知识点 水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的确定、水蒸气图表的结构和应用、水蒸气在热力过程中功量和热量的计算。,本章重点：工业上水蒸气的定压生成过程，学会使用水蒸气热力学性质的图表，并能熟练的运用于各种热力过程的计算。,2,水和水蒸气是实际气体!,水蒸气,在空气中含量极小，当作,理想气体,一般情况下，为,实际气体,，使用图表,18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,目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质,优点:,便宜，易得，无毒，,膨胀性能好，传热性能好,3,7-1 纯物质的热力学面及相图,物质有三种聚集状态：,固态,、,液态,、,气态,热力学面：,以,p,v,T,表示的物质各种状态,的曲面,水的三态：,冰,、,水,、,蒸汽,4,水的热力学面,两相区,单相区,气,液,固,p,v,T,六个区：三个单相区、三个两相区,液-气,固-气,固-液,p,v,T,5,饱和线、三相线和临界点,p,v,四个线：三个饱和线、一个,三相线,饱和气线,三相线,饱和液线,饱和固线,T,临界点,一个点：,临界点,6,三相线与临界点,水的临界点状态,饱和液线与饱和气线的交点,气液两相共存的,p,max,T,max,等温线是鞍点,临界点,水的三相线,7,纯物质的,p,-,T,相图,p,p,T,T,液,液,气,气,固,固,水,一般物质,三相点,三相点,临界点,临界点,流体,流体,升华线,升华线,凝固线,凝固线,汽化线,汽化线,8,思考题,没有。t374.16,有,3.,有没有500C的水,？,1.,溜冰冰刀,2. 北方冬天晾在外边的衣服，,是否经过液相,4.,有没有-3,的蒸汽,？,5. 一密闭容器内有水的汽液混合物，对其,加热，是否一定能变成蒸汽？,9,纯物质的,p,-,T,相图,p,p,T,T,液,液,气,气,固,固,水,一般物质,三相点,三相点,临界点,临界点,流体,流体,10,饱和线、三相线和临界点,p,v,饱和气线,三相线,饱和液线,饱和固线,T,临界点,11,汽相和液相,锅,炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,因固相不流动，更关心汽液两相,冰蓄冷,12,7-2 汽化与饱和,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),饱和状态：,汽化与凝结的动态平衡,汽化:,由液态变成气态的物理过程,(不涉及化学变化),蒸发：,汽液表面上的汽化,13,饱和状态,饱和状态：汽化与凝结的动态平衡,饱和温度,T,s,饱和压力,p,s,一一对应,放掉一些水，,T,s,不变，,p,s,？,T,s,p,s,p,s,=1.01325bar,T,s,=100,青藏,p,s,=0.6bar,T,s,=85.95,高压锅,p,s,=1.6bar,T,s,=113.32,14,纯物质的,p,-,T,相图,p,p,T,T,液,液,气,气,固,固,水,一般物质,三相点,三相点,临界点,临界点,流体,流体,汽化线,汽化线,15,7-3 水蒸气的定压发生过程,t t,s,v v,v = v,v = v,v v v,未饱和水,饱和水,饱和湿蒸汽,饱和干蒸汽,过热蒸汽,h h,h = h,h = h,h h h,s s,s = s,s = s,s s s,水预热,汽化,过热,16,水蒸气定压发生过程说明,(1),(2),只有熵加热时永远增加,(3),理想气体,实际气体汽化时，,T,T,s,不变，但,h,增加,汽化潜热,(4),未饱和水,过冷度,过冷水,过热蒸汽,过热度,17,s,p-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程,一点，二线，三区，五态,18,等压线上饱和态参数,p,t,s,v,(bar),v,s,s,kJ/(kg.K),0.006112,0.01,0.00100022,206.175,0.0,9.1562,1.0,99.63,0.0010434,1.6946,1.3027,7.3608,5.0,151.85,0.0010928,0.37481,1.8604,6.8215,50.0,263.92,0.0012858,0.03941,2.9209,5.9712,221.29,374.15,0.00326,0.00326,4.429,4.429,(bar),(,),b,d,b,d,19,定压加热线与饱和液线相近的说明,当忽略液体,c,p,变化，,不同的,p,，液体近似,不可压，,v,不变,对每个,不变的,T,20,7-4 水和水蒸气状态参数及其图表,状态公理：,简单可压缩系统，两个独立变量,未饱和水及过热蒸汽，一般已知,p、T,即可,饱和水和干饱和蒸汽，只需确定,p,或,T,湿饱和蒸汽，,p,和,T,不独立，汽液两相,1875年，吉布斯提出了,吉布斯相律,21,水和水蒸气状态参数,确定的原则,1、未饱和水及过热蒸汽,确定任意两个独立参数，如：,p,、,T,2、饱和水和干饱和蒸汽,确定,p,或,T,3、湿饱和蒸汽,除,p,或,T,外，其它参数与两相比例有关,22,两相比例由,干度,x,确定,定义,干饱和蒸汽,饱和水,对,干度,x,的说明：,x =,0,饱和水,x =,1,干饱和蒸汽,0,x,1,在,过冷水,和,过热蒸汽,区域，,x,无意义,23,湿饱和蒸汽区状态参数,的确定,如果有,1,kg湿蒸气，干度为,x, 即有,x,kg饱和蒸汽，,(1-x),kg饱和水。,已知,p,或,T,(,h,v,s,h,v,s,),+,干度,x,h,v,s,24,水和水蒸气表,两类,2、,未饱和水和过热蒸汽表,1、,饱和水和干饱和蒸汽表,25,饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）,饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）,26,饱,和,参,数,未饱和水和过热蒸汽表（节录）,27,表的出处和零点的规定,原则上可任取零点，国际上统一规定。,但 原则上不为0， 对水：,表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编制，尽管IFC（国际公式化委员会）1967和1997年先后发表了分段拟合的水和水蒸气热力性质公式，但工程上还主要依靠图表。,焓、内能、熵零点的规定：,水的三相点,28,饱,和,参,数,未饱和水和过热蒸汽表(注意下划线）,29,如何在图上表示功和热,p,-,v,图,（,示功图,）：面积代表功,能否用线段表示热和功,T,-,s,图,（,示热图,）：面积代表热,30,焓熵图的画法(1),1、,零点：,h,=,0,，,s,=,0,；,2、,饱和汽线,（,上界线,）、饱和液线（,下,界线,）,3、,等压线群：,p,两相区,p,T=Const,斜直线,单相区,s,T,向上翘的发散的形线,C,点为分界点，不在极值点上,31,焓 熵 图,h,s,C,p,x,=1,x,=0,p,C,32,焓熵图的画法(2),气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体,两相区：,T,、,p,一一对应，,T,线即,p,线,在,x,=0,x,=1,之间，从,C,点出发的等分线,同理想气体一样，,v,线比,p,线陡,4、,定温线,T,5、,等容线,v,6、,等干度线,x,33,焓 熵 图,h,s,C,x,=1,x,=0,p,v,T,x,34,7-5 水蒸气的热力过程,任务：,确定初终态参数，,计算过程中的功和热,在,p,-,v,、,T,-,s,、,h,-,s,图上表示,热力过程：,p,s,T,v,35,注意理想气体过程的区别,第一定律与第二定律表达式均成立,理想气体特有的性质和表达式不能用,可逆,36,水蒸气的定压过程,q,=,h,w,t,= 0,3,4,2,p,v,1,例：,锅炉中，水从,30,，4MPa, 定压加热到,450,q,=,h,2,-h,1,t,s,(4MPa)=,250.33,锅炉、换热器,37,水蒸气的定压过程,例：,水从,30,，4MPa, 定压加热到,450,q,=,h,2,-h,1,2,T,s,h,s,2,h,1,= 129.3 kJ/kg,h,2,= 3330.7 kJ/kg,h,2,h,1,1,3,4,1,4,3,=3201.4kJ/kg,38,水蒸气的绝热过程,p,1,2,p,v,p,2,不可逆过程：,汽轮机、水泵,1,2,可逆过程：,s,1 2,1,2,q,=,0,39,水蒸气的绝热过程,汽轮机、水泵,q,=,0,2,1,2,T,s,不可逆过程：,可逆过程：,s,p,1,p,2,40,水蒸气的绝热过程,汽轮机、水泵,q,=,0,h,s,不可逆过程,可逆过程：,s,p,1,p,2,2,1,h,1,h,2,h,2,2,透平内效率,41,水蒸气的定温过程,p,v,实际设备中很少见,T,C,T,c,T,远离饱和线，接近于,理想气体,42,水蒸气的定温过程,1,2,T,s,h,s,1,2,2,理想气体,测量干度原理,绝热节流,可逆过程：,1,2,43,水蒸气的定容过程,实际设备中不常见,1,2,p,v,44,水蒸气的定容过程,1,T,s,h,s,p,T,2,1,2,v,p,v,45,