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1、工程热力学基础第六章现在学习的是第1页，共32页第六章第六章 水蒸气水蒸气Water Vapor现在学习的是第2页，共32页水蒸气是实际气体的代表水蒸气是实际气体的代表水蒸气水蒸气在空气中含量极小，当作在空气中含量极小，当作理想气体理想气体一般情况下，为一般情况下，为实际气体实际气体18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质世纪，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、化工的工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质优点优点:便宜，易得，无毒，便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好膨胀性能好，传热性能好是其它实际气体的代表是其它
2、实际气体的代表现在学习的是第3页，共32页本章主要内容本章主要内容1.实际工质的物性实际工质的物性3.水蒸气的图表及性质计算水蒸气的图表及性质计算4.水蒸气热力过程水蒸气热力过程2.水蒸气的产生过程水蒸气的产生过程水蒸水蒸气气蒸气蒸气蒸蒸汽汽SteamVaporWater Vapor现在学习的是第4页，共32页 6-1 纯物质的热力学面纯物质的热力学面物质三种聚集状态：物质三种聚集状态：固态固态、液态液态、气态气态热力学面：热力学面：以以p,v,T表示的物质各种状态表示的物质各种状态 的曲面的曲面水的三态：水的三态：冰冰、水水、蒸汽蒸汽Pure substance Solid Liquid G
3、as Ice Water Steam 现在学习的是第5页，共32页水的热力学面水的热力学面两相区两相区单相区单相区气液固pvT六个区：三个单相区、三个两相区六个区：三个单相区、三个两相区液-气固-气固-液pvT现在学习的是第6页，共32页饱和线、三相线和临界点饱和线、三相线和临界点pv四个线：三个饱和线、一个三相线四个线：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：临界点一个点：临界点Saturation lineTriple line现在学习的是第7页，共32页临界点临界点Critical point水的水的临界临界点状点状态态饱和液线与饱和气线的交点饱和液线与饱和气
4、线的交点气液两相共存的气液两相共存的pmax,Tmax等温线是鞍点等温线是鞍点临临界界点点临界乳光教学实验装置现在学习的是第8页，共32页热力学方面获诺贝尔奖的科学家热力学方面获诺贝尔奖的科学家（6）K.G.威尔逊威尔逊 Kenneth G.Wilson(1936-)美国美国 临界重整化群理论临界重整化群理论 1982年诺贝尔物理年诺贝尔物理奖奖现在学习的是第9页，共32页汽相和液相汽相和液相锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器因固相不流动，更因固相不流动，更关心汽液两相关心汽液两相冰蓄冷冰蓄冷现在学习的是第10页，共32页6-2 汽化与饱和汽化与饱和沸腾：沸腾
5、：表面和液体内部同时发生的汽化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气体和液体均处在饱和状态下)汽化汽化:由液态变成气态的物理过程由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化不涉及化学变化)蒸发：蒸发：汽液表面上的汽化汽液表面上的汽化 BoilVaporization现在学习的是第11页，共32页饱和状态饱和状态Saturation state饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和温度饱和温度Ts饱和压力饱和压力ps一一对应一一对应放掉一些水，放掉一些水，Ts不变，不变，ps？Tspsps=1.01325barTs=100 青藏青藏ps=0.6barT
6、s=85.95 高压锅高压锅ps=1.6barTs=113.32 Saturation temperatureSaturation pressure现在学习的是第12页，共32页6-3 水蒸气的定压发生过程水蒸气的定压发生过程t tsv=vv=vv vv v v未饱和水未饱和水饱和水饱和水 饱和湿蒸汽饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽饱和干蒸汽 过热蒸汽过热蒸汽h=hh=hh hh h hs ss=ss=ss s s水预热水预热汽化汽化过热过热现在学习的是第14页，共32页水蒸气定压发生过程说明水蒸气定压发生过程说明(1)(2)(3)理想气体理想气体实际气体汽化时，实际气体汽化时，TTs不变，但不变，但h
7、增加增加汽化潜热汽化潜热(4)未饱和水未饱和水过冷度过冷度过冷水过冷水过热蒸汽过热蒸汽过热度过热度只有熵加热时永远增加只有熵加热时永远增加现在学习的是第15页，共32页sp-v图，图，T-s图上的水蒸气定压加热过程图上的水蒸气定压加热过程一点，二线，三区，五态一点，二线，三区，五态临界临界点，饱和水线和饱和汽线，点，饱和水线和饱和汽线，过冷水、湿蒸汽、过热蒸汽三区，过冷水、湿蒸汽、过热蒸汽三区，过冷水、饱和水、湿蒸汽、饱和蒸汽、过热蒸汽过冷水、饱和水、湿蒸汽、饱和蒸汽、过热蒸汽现在学习的是第16页，共32页6-4 水蒸气状态参数及其图表水蒸气状态参数及其图表1、未饱和水及过热蒸汽、未饱和水及过
8、热蒸汽确定任意两个独立参数，如：确定任意两个独立参数，如：p、T2、饱和水和干饱和蒸汽、饱和水和干饱和蒸汽确定确定p或或T3、湿饱和蒸汽、湿饱和蒸汽除除p或或T外，其它参数与两相比例有关外，其它参数与两相比例有关现在学习的是第18页，共32页两相比例由两相比例由干度干度x确定确定定义定义干饱和蒸汽干饱和蒸汽饱和水饱和水对对干度干度x的说明：的说明：x=0 饱和水饱和水x=1 干饱和蒸汽干饱和蒸汽0 x 1在在过冷水过冷水和和过热蒸汽过热蒸汽区域，区域，x无意义无意义Quality现在学习的是第19页，共32页湿饱和蒸汽区状态参数湿饱和蒸汽区状态参数的确定的确定 如果有如果有1kg湿蒸气，干度为
9、湿蒸气，干度为x,即有即有xkg饱饱和蒸汽，和蒸汽，(1-x)kg饱和水。饱和水。已知已知p或或T(h,v,s,h,v,s)+干度干度xh,v,s现在学习的是第20页，共32页水和水蒸气表水和水蒸气表两类两类2、未饱和水和过热蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表1、饱和水和干饱和蒸汽表饱和水和干饱和蒸汽表现在学习的是第21页，共32页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（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）现在学习的是第22页，共32页饱和参数未饱和水和过热蒸汽表（节录）未饱和水和过热蒸汽表（节录）现在学习的是第23页，共32页表的出处和零点
10、的规定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。原则上可任取零点，国际上统一规定。但但 原则上不为原则上不为0，对水：对水：表依据表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表的国年第六届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编制，尽管际骨架表编制，尽管IFC（国际公式化委员会）（国际公式化委员会）1967、1997和和2005年先后发表了分段拟合的水和水蒸气热力性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。质公式，但工程上还主要依靠图表。焓、内能、熵零点的规定：焓、内能、熵零点的规定：水的三相点水的三相点现在学习的是第24页，共32页查参数举例（查参数举例（1
11、）例例.1 已知已知：p=1MPa,试确定试确定t=100,200,各处于哪个状态各处于哪个状态,各自各自h是多少？是多少？ts(p)=179.88t=100 ts,过热蒸汽过热蒸汽h=2828.3kJ/kg现在学习的是第25页，共32页查参数举例（查参数举例（2）已知已知 t=250,5kg 蒸汽占有蒸汽占有0.2m3容积容积,试问试问蒸汽所处状态蒸汽所处状态?h=?t=250,湿蒸汽状态湿蒸汽状态现在学习的是第26页，共32页查参数举例（查参数举例（2）已知已知 t=250,5kg 蒸气占有蒸气占有0.2m3容积容积,试问试问蒸气所处状态蒸气所处状态?h=?t=250,湿蒸汽状态湿蒸汽状态
12、现在学习的是第27页，共32页查参数举例（查参数举例（3）在一刚性容器内充满在一刚性容器内充满p=0.1MPa，t=20的水。的水。由于由于太阳照射太阳照射，使其温度升为，使其温度升为40,求容器承受的求容器承受的压力。压力。p=0.1MPat=20t=40等容过程等容过程储液罐很危险，储液罐很危险，不能装满。不能装满。现在学习的是第28页，共32页6-5 水蒸气的热力过程水蒸气的热力过程任务：任务：确定初终态参数，确定初终态参数，计算过程中的功和热计算过程中的功和热 在在T-s图上表示图上表示热力过程：热力过程：p s Thermal Process of Steam现在学习的是第29页，共
13、32页锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器6-5 水蒸气的热力过程水蒸气的热力过程Thermal Process of Steam主要过程：主要过程：p s 确定参数确定参数计算功和热计算功和热在在T-s图上表示图上表示现在学习的是第30页，共32页注意理想气体过程的区别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理想气体特有的性质和表达式不能用准静态准静态可逆可逆现在学习的是第31页，共32页水蒸气的定压过程水蒸气的定压过程例：例：水从水从30，4MPa,定压加热到定压加热到450 h1=129.3 kJ/kg h2=3330.7 kJ/kg2Ts134=3201.4kJ/kg=h2-h1q=hts(4MPa)=250.33锅炉锅炉或或换热器换热器现在学习的是第32页，共32页