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1、第五章 水蒸气的热力性质,第一篇 工程热力学,2,18世纪，蒸汽机的发明，水蒸气是唯一工质。直到19世纪，内燃机发明，才有燃气工质。目前水蒸气仍是火力发电、核电、供暖、化工的常用工质。优点：膨胀性能好，流动性好，热力性能稳定，便宜，易得，无毒，传热性能好。是其它实际气体的代表。,3,本章主要内容,水蒸气的饱和状态水蒸气的定压产生过程水蒸气的热力性质图表水蒸气的基本热力过程,5-1 水蒸气的饱和状态,一、汽化：液态汽态,2、沸腾在液体表面和内部同时进行的剧烈汽化现象。,1、蒸发在液体表面缓慢进行的汽化现象。,汽化方式有两种：1）蒸发，2）沸腾。,（如锅炉水冷壁中水的汽化过程）,特点：它能在任何温
2、度下进行；液体的蒸发速度取决于液体的性质、液体的温度、蒸发表面积和液面上气流的流速。,特点：有汽泡产生；在一定的压力下，液体沸腾时的温度（沸点）是一定的。,5,发生位置,发生条件,发生现象,发生速度,表面 表面和内部,任何温度 一定温度,无汽泡 有汽泡,蒸发 沸腾,慢 快,火电厂锅炉中水的汽化采用的是哪种方式？,沸 腾,6,二、凝结（液化）,定义：物质从汽态转变成液态的过程，称为液化。（如火电厂凝汽器中的排汽凝结成水的过程）特点：在一定压力下，蒸汽的温度（低）等于沸点时，才可能出现凝结。,5-1 水蒸气的饱和状态,7,三、饱和状态,饱和水：饱和状态下的水;饱和蒸汽：饱和状态下的水蒸汽。,定义：
3、,液体在有限密闭空间内汽化,同时也有液化,当汽化速度与液化速度相等,即汽液两相达到动态平衡,这种状态称为饱和状态。,t s,p s,饱和水,饱和蒸汽,5-1 水蒸气的饱和状态,8,饱和状态参数,饱和压力：在饱和状态下的水和水蒸汽的压力pS 饱和温度：在饱和状态下的水和水蒸汽的温度tS,饱和状态的特点： 汽水共存； 汽水同温； 饱和压力与饱和温度成一一对应关系.,5-1 水蒸气的饱和状态,9,ps上升， ts上升ts上升， ps上升,如青藏高原：ps=0.06MPa,ts=85.95 ,使水汽化的方法：,1）加热升温；2）降压扩容。,饱和温度与饱和压力的关系,5-2 水蒸气的定压产生过程,11,
4、过热阶段,水蒸气的定压产生过程,汽化阶段,预热阶段,未饱和水,饱和水,湿饱和蒸汽,干饱和蒸汽,过热蒸汽,一、水蒸气的定压产生过程,5-2 水蒸气的定压产生过程,（省煤器）,（水冷壁）,（过热器）,12,未饱和水（过冷水）,饱和水,1、预热阶段参数变化特点,注意比较v0和v的大小！,13,饱和水,注意比较v和v的大小！,湿（饱和）蒸汽,干（饱和）蒸汽,为什么水的汽化阶段除了压力不变，温度也保持不变呢？,2、汽化阶段参数变化特点,14,干度x：湿蒸汽中饱和蒸汽所占的质量百分比。,显然： x+y=1； 湿蒸汽：0x1； 饱和水的x=0； 干蒸汽的x=1,湿度y：湿蒸汽中饱和水所占的质量百分比。,湿蒸
5、汽的干度,15,干饱和蒸汽,过热蒸汽,过热度：D = t - ts,3、过热阶段参数变化特点,16,水蒸气定压产生过程中热量的计算,1.水的定压预热阶段：,a,T,s,液体热,2.饱和水的定压汽化过程：,汽化潜热,3.干蒸汽的定压过热过程：,过热热,b,d,e,整个水蒸气产生过程吸热量(1kg水)：,kJ/kg,17,水蒸气的定压产生过程在p-v图与T-s图上的表示：,结论：水蒸气的定压产生过程依次经历三个阶段、五种状态。从p-v图可以看出，v0vvxvts，表明水泵进口水已沸腾汽化，还稍为有点过热。（汽蚀现象）,36,例题分析,例5-3 某汽轮机排汽压力为p=10kPa，x=0.92，试计算
6、该蒸汽至凝汽器凝结前后的比体积之比为多少？,解：根据已知条件可知，汽轮机排汽状态为湿饱和蒸汽。,查附表六，得v=0.0010102m3/kg，v=14.676m3/kg,故,则乏汽凝结前后的比体积之比为,可见，乏汽凝结后，比体积缩小到原来的1/13366，这就是凝汽器真空产生的根本原因。,37,例题分析,例5-4 已知锅炉压力为p=10MPa，进口工质温度为t1=240，出口t2=500，试确定进、出口工质状态和v、h、s。,解：根据p=10MPa，查得ts=311.037.,（1）进口： t1=240 ts，为过热蒸汽状态。,查附表七，得,定焓线群一组水平线（用蓝色表示）定熵线群一组垂直线（
7、用蓝色表示）定压线群在h-s图上呈发散分布。湿蒸汽区内，定压线为一簇斜率不同的直线；在过热蒸汽区，定压线趋于陡峭。（用黑色表示）定温线群湿蒸汽区内，与定压线重合；在过热蒸汽区，与定压线自干蒸汽线处分开后逐渐趋于平坦。（用红色表示）定容线群走向与定压线相似，但比定压线稍陡。（用绿色表示）定干度线群一组干度等于常数的曲线。（用红色表示）,二、水蒸气的焓熵图（h-s图）,1.h-s图构成：,39,2.h-s图使用：,（1）查取状态参数： 查湿蒸汽参数：如p1与x1相交； 查干蒸汽参数：如p2与x=1相交； 查过热蒸汽参数：如p3与t3相交。,（2）分析并计算水蒸气的热力过程（见5-4节）,5-4 水
8、蒸气的基本热力过程,分析目的：（同理想气体）,水蒸气性质与理想气体性质的主要差异：,水蒸气状态参数的确定是依靠水蒸气的热力性质图表； 水蒸气的比热容、热力学能和焓不再是温度的单值函数。,分析步骤： 根据过程特点和已知的初、终态参数在h-s图上画出过程线，利用水蒸气图表查出未知的初、终态参数； 利用热力学第一定律计算热量和功量。,定压过程,已知：初态1（p1，x1），定压加热到t2。,分析：在h-s图上作出定压加热过程线1-2；,能量计算：,42,绝热（定熵）过程,已知：初态1（p1，t1），定熵膨胀到p2。,分析：在h-s图上作出定熵膨胀过程线1-2；,能量计算：,43,汽轮机的实际绝热膨胀过程,理想膨胀过程1-2实际膨胀过程1-2,反映汽轮机中水蒸气实际绝热膨胀作功过程的不可逆程度,44,课堂练习,教材P99.习题3-1、3-5（前1问）,45,自然循环原理示意图,46,锅 炉 类 型,47,锅炉受热面,安装中省煤器,屏式过热器,安装中水冷壁,48,自然循环汽包炉结构简图,49,蒸汽的凝结,50,