工程熱力學(xué)-第七章

第七章

水和水蒸氣的性質(zhì)

水和水蒸氣是實(shí)際氣體!水蒸氣在空氣中含量極小，當(dāng)作理想氣體一般情況下，為實(shí)際氣體，使用圖表18世紀(jì)，蒸氣機(jī)的發(fā)明，是唯一工質(zhì)直到內(nèi)燃機(jī)發(fā)明，才有燃?xì)夤べ|(zhì)目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)優(yōu)點(diǎn):便宜，易得，無(wú)毒，膨脹性能好，傳熱性能好§1水的相變及相圖物質(zhì)有三種聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)水的三態(tài)：冰、水、蒸汽一、水的相圖融解過(guò)程：在一定壓力下，固態(tài)冰--液態(tài)水（融點(diǎn)溫度）汽化過(guò)程：水—汽（沸點(diǎn)溫度）升華過(guò)程：低于三相點(diǎn)，冰--汽，反之為凝華固、液、汽三態(tài)共存的狀態(tài)，為三相態(tài)，三相點(diǎn)凝固時(shí)體積變小的物質(zhì)凝固時(shí)體積變大的物質(zhì)pt液氣固ABCDpcpAtctApt液氣固ABCDpcpAtctA例如：水:PA=611.2PatA=0.01℃；

PC=22.115MPatC=374.12℃.AB--融點(diǎn)與壓力關(guān)系，為融解曲線；AD--升華曲線；AC--沸騰曲線A：三相點(diǎn)；C：臨界點(diǎn)

思考題沒(méi)有。t>374.12℃有3.有沒(méi)有500oC的水？1.溜冰冰刀2.北方冬天晾在外邊的衣服，是否經(jīng)過(guò)液相？4.有沒(méi)有-3℃

的蒸氣5.一密閉容器內(nèi)有水的汽液混合物，對(duì)其加熱，是否一定能變成蒸汽？二、汽化與飽和沸騰：表面和液體內(nèi)部同時(shí)發(fā)生的汽化(氣體和液體均處在飽和狀態(tài)下)飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動(dòng)態(tài)平衡汽化:由液態(tài)變成氣態(tài)的物理過(guò)程蒸發(fā)：液體表面上的汽化當(dāng)汽化速度=液化速度時(shí)，系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)平衡——飽和狀態(tài)。凝結(jié)汽化二者速度相等Tsps=1.01325barts=100℃青藏ps=0.6barts=85.95℃高壓鍋ps=1.6barts=113.32℃飽和溫度Ts飽和壓力ps一一對(duì)應(yīng)ps飽和液體：處于飽和狀態(tài)的液體；飽和蒸汽：處于飽和狀態(tài)的汽體；飽和溫度：飽和狀態(tài)時(shí)的溫度，Ts或ts；飽和壓力：飽和狀態(tài)時(shí)的壓力，ps；飽和濕蒸氣：飽和液體和飽和蒸汽的混合物；未飽和液體：溫度低于其壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度；過(guò)熱蒸汽：溫度大于其壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度；一、水蒸氣的定壓發(fā)生過(guò)程水的定壓預(yù)熱階段水的定壓汽化階段干飽和蒸汽的定壓過(guò)熱階段三個(gè)階段§2水蒸氣的定壓發(fā)生過(guò)程p1p1p1p1p1水預(yù)熱汽化過(guò)熱液體熱ql汽化潛熱r過(guò)熱量qsup取1kg、0.01oC的水置于氣缸中，活塞上加某一固定壓力p1，然后對(duì)水加熱，使之全部變成水蒸氣。等壓線上飽和態(tài)參數(shù)ptsv’(m3/kg)v’’s’s’’kJ/(kg.K)0.0061120.010.00100022206.1750.09.15621.099.630.00104341.69461.30277.36085.0151.850.00109280.374811.86046.821550.0263.920.00128580.039412.92095.9712221.15374.120.003260.003264.4294.429(bar)(℃)pv123455‘1‘2‘3‘4‘5“1“2“3“4“cTs123451’2’3’4’5’1”2”3”4”5”cp1p2p3p1p2p3干度0≤x≤1飽和蒸汽質(zhì)量飽和水的質(zhì)量水和水蒸汽的狀態(tài)參數(shù)1.一點(diǎn)：臨界點(diǎn)C;tc=374.12oC，pc=22.115Mpa；2.兩線：飽和水線AC與飽和蒸汽線BC3.三區(qū)：未飽和水區(qū)、濕飽和蒸汽區(qū)、過(guò)熱蒸汽區(qū)4.五態(tài)：未飽和水、飽和水、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽、過(guò)熱蒸汽pvcABOpcTc未飽和水區(qū)濕蒸氣區(qū)過(guò)熱蒸汽區(qū)TscpcTcABqlrqsup水蒸氣定壓發(fā)生過(guò)程說(shuō)明(1)加熱時(shí)熵永遠(yuǎn)增加(3)理想氣體實(shí)際氣體汽化時(shí)，T＝Ts不變，但h增加汽化潛熱(4)未飽和水過(guò)冷度過(guò)冷水過(guò)熱蒸汽過(guò)熱度(2)水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)確定的原則1、未飽和水及過(guò)熱蒸汽確定任意兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，如：p、T2、飽和水和干飽和蒸汽確定p或T3、濕飽和蒸汽除p或T外，其它參數(shù)與兩相比例有關(guān)§3水蒸氣表和焓-熵（h-s）圖一、水和水蒸氣表兩類2、未飽和水和過(guò)熱蒸汽表1、飽和水和干飽和蒸汽表表的出處和零點(diǎn)的規(guī)定原則上可任取零點(diǎn)，國(guó)際上統(tǒng)一規(guī)定。

表依據(jù)1963年第六屆國(guó)際水和水蒸氣會(huì)議發(fā)表的國(guó)際骨架表編制，盡管IFC（國(guó)際公式化委員會(huì)）1967和1997年先后發(fā)表了分段擬合的水和水蒸氣熱力性質(zhì)公式，但工程上還主要依靠圖表。1)焓、熱力學(xué)能、熵零點(diǎn)的規(guī)定：規(guī)定水的三相點(diǎn)下飽和水2)0.01℃、壓力為p的未飽和水：水的比體積主要受溫度影響，可認(rèn)為與壓力無(wú)關(guān)：0.01℃、壓力為p的水的比體積：v0≈0.001m3/kg溫度體積相同時(shí)，熱力學(xué)能相同熵也相等壓力不太高時(shí)，焓近似相等在T-s圖上，不同壓力下，0.01℃的未飽和水狀態(tài)點(diǎn)近似與三相點(diǎn)重合。3)溫度ts℃、壓力為p的飽和水：0.01℃未飽和水，定壓加熱為ts飽和水，液體熱量水的平均比熱飽和水的熵4)壓力為p的干飽和蒸汽：飽和水定壓加熱為干飽和蒸汽，汽化潛熱焓熵5)壓力為p的濕飽和蒸汽：干度為x的濕蒸汽狀態(tài)參數(shù)確定：比體積比熵而熱力學(xué)能比焓6)壓力為p的過(guò)熱蒸汽：過(guò)熱蒸汽焓：過(guò)熱蒸汽熵：例題用水蒸氣表確定下列狀態(tài)的水蒸氣參數(shù)。已知：(1)ts=150oC的干飽和蒸汽；(2)p=0.4MPa，x=0.98;(3)p=0.5Mpa，t=175oC二、水蒸氣的焓熵圖C點(diǎn)定t線定p線定v線——紅色虛線定x線上界線x=1；下界線x=0；v=constantv=constantv=constant例題7-1試確定（1）p=0.8Mpa、v=0.22m3/kg；（2）p=0.6Mpa、t=190℃；（3）p=1Mpa、t=179.88℃三種情況下是什么蒸汽？例題7-2容積85L的容器中，盛有0.1kg水及0.7kg飽和蒸汽，求容器的壓力？§4水蒸氣的基本熱力過(guò)程任務(wù)：確定初終態(tài)參數(shù)，計(jì)算過(guò)程中的功和熱在h-s圖上表示水蒸氣的基本熱力過(guò)程：

定容、定壓、定溫和定熵過(guò)程注意與理想氣體過(guò)程的區(qū)別第一定律與第二定律表達(dá)式均成立可逆理想氣體特有的性質(zhì)和表達(dá)式不能用一、水蒸氣的定壓過(guò)程q=hwt=0342pv1例：鍋爐中，水從30℃

，4MPa,定壓加熱到450℃q=h2-h1ts(4MPa)=250.33℃鍋爐、換熱器例：水從30℃

，4MPa,定壓加熱到450℃2Tshs2h1=129.3kJ/kgh2=3330.7kJ/kgh2h1134143q=h2-h1=3201.4kJ/kg二、水蒸氣的定容過(guò)程1Tsp2vhsT12pv12pv三、水蒸氣的定溫過(guò)程pv實(shí)際設(shè)備中很少見(jiàn)TCTcT遠(yuǎn)離飽和線，接近于理想氣體12Ts可逆過(guò)程：四、水蒸氣的絕熱過(guò)程不可逆過(guò)程：汽輪機(jī)、水泵可逆過(guò)程：s12

1

2’q=02’12Tsp1p2hsp1p221h1h2h2’2’不可逆過(guò)程

可逆過(guò)程：

hs12不可逆絕熱過(guò)程應(yīng)用：測(cè)量濕蒸汽干度的原理絕熱節(jié)流1-2’2’習(xí)題7-14x例題7-3過(guò)熱蒸汽0.6MPa下，從200℃定壓加熱至300℃，試求此過(guò)程中熱量、功量及熱力學(xué)能的變化量。例題7-4鍋爐中，從鍋筒中出來(lái)的蒸汽，壓力0.8MPa，干度x=0.9，進(jìn)入過(guò)熱器定壓加熱至250℃，求每千克蒸汽在過(guò)熱器中吸收的熱量。例題7-50.1kg飽和水連同飽和蒸汽盛于絕熱剛性容器中，工質(zhì)壓力0.3MPa，干度x=0.763，攪拌輪置于容器中，由馬達(dá)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，直到水全部蒸發(fā)變?yōu)轱柡驼羝?，求?）水蒸汽最終的壓力和溫度；（2）完成此過(guò)程所需的功。例題7-6熱力除氧器，采用p1=0.5Mpa、溫度t1=200℃的過(guò)熱蒸汽與壓力p2=0.5MPa，溫度t2=110℃的未飽和水絕熱混合成為相同壓力下的飽和水，流出