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1、热力学第七章 第1页，共58页，编辑于2022年，星期日水和水蒸气是实际气体的代表水和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，使用图表，使用图表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实际气体的代表第2页，共58页，编辑于2
2、022年，星期日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.水蒸气图表的结构和应用水蒸气图表的结构和应用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气水蒸气蒸气蒸气蒸汽蒸汽第3页，共58页，编辑于2022年，星期日 7-1 纯物质的热力学面及相图纯物质的热力学面及相图物质有三种聚集状态：物质有三种聚集状态：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、蒸汽蒸汽第4页，共58页，编辑于2022年，星期日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
3、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第5页，共58页，编辑于2022年，星期日饱和线、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、一个四个线：三个饱和线、一个三相线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：一个点：临界点临界点第6页，共58页，编辑于2022年，星期日 思考题思考题没有。没有。t374.16 有有3.有没有有没有500C的水的水？1.溜冰冰刀溜冰冰刀2.北方冬天晾在外边的衣服，北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相是否经过液相4.有没有有没有-3 的蒸汽的蒸汽？5.一密闭容器内有水的汽液混合物，对其一
4、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？加热，是否一定能变成蒸汽？第9页，共58页，编辑于2022年，星期日饱和线、三相线和临界点饱和线、三相线和临界点pv饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临界点第11页，共58页，编辑于2022年，星期日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第12页，共58页，编辑于2022年，星期日7-2 汽化与饱和汽化与饱和沸腾：沸腾：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
5、和状态下)饱和状态：饱和状态：汽化与凝结的动态平衡汽化与凝结的动态平衡汽化汽化: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 第13页，共58页，编辑于2022年，星期日饱和状态饱和状态饱和状态：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=0.6barTs=85.95 高压锅高压锅ps=1.6barTs=113.32 第14页，共58页，编辑于2
6、022年，星期日7-3 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气饱和湿蒸气饱和干蒸气饱和干蒸气过热蒸气过热蒸气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第16页，共58页，编辑于2022年，星期日水蒸气定压发生过程说明水蒸气定压发生过程说明(1)(2)只有熵加热时永远增加只有熵加热时永远增加(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第17页，共58
7、页，编辑于2022年，星期日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，五态第18页，共58页，编辑于2022年，星期日7-4 水和水蒸气状态参数及其图表水和水蒸气状态参数及其图表状态公理：状态公理：简单可压缩系统，两个独立变量简单可压缩系统，两个独立变量未饱和水及过热蒸气，一般已知未饱和水及过热蒸气，一般已知p、T即可即可饱和水和干饱和蒸气，只需确定饱和水和干饱和蒸气，只需确定p或或T湿饱和蒸气，湿饱和蒸气，p和和T不独立，汽液两相不独立，汽液两相1875年，吉布斯提出了年，吉布斯提出了吉布斯相律吉布斯相律第21页，共58页，
8、编辑于2022年，星期日J.W.吉布斯吉布斯Josiah Willard Gibbs(18391903)美国美国吉布斯函数吉布斯函数吉布斯相律吉布斯相律吉布斯佯谬吉布斯佯谬 第22页，共58页，编辑于2022年，星期日吉布斯相律吉布斯相律无化学反应时，热力系独立参数数目为无化学反应时，热力系独立参数数目为独立强度参数数独立强度参数数组元数组元数相数相数对于水对于水单元系单元系单相单相2个（个（p和和T）两相两相1个（个（p或或T）三相三相0个（个（p和和T定值）定值）四相四相不可能不可能第23页，共58页，编辑于2022年，星期日水和水蒸气状态参数水和水蒸气状态参数确定的原则确定的原则1、未饱
9、和水及过热蒸气、未饱和水及过热蒸气确定任意两个独立参数，如：确定任意两个独立参数，如：p、T2、饱和水和干饱和蒸气、饱和水和干饱和蒸气确定确定p或或T3、湿饱和蒸气、湿饱和蒸气除除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第24页，共58页，编辑于2022年，星期日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气干饱和蒸气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 干饱和蒸气干饱和蒸气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无意义无意义第25页，共58页，编辑于2022年，星期日湿饱和蒸汽区状态参数湿饱和蒸汽区状态参数的确
10、定的确定 如果有如果有1kg湿蒸气，干度为湿蒸气，干度为x,即有即有xkg饱和蒸汽，饱和蒸汽，(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第26页，共58页，编辑于2022年，星期日水和水蒸气表水和水蒸气表两类两类水及水蒸气表水及水蒸气表2、未饱和水和过热蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表1、饱和水和干饱和蒸气表饱和水和干饱和蒸气表第27页，共58页，编辑于2022年，星期日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（按压强排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压强排列）第28页，共58页，编辑于2022年，星期日
11、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）第29页，共58页，编辑于2022年，星期日表的出处和零点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际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和和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。程上还主要依靠图表。焓、内能、熵
12、零点的规定：焓、内能、熵零点的规定：水的三相点水的三相点第30页，共58页，编辑于2022年，星期日查表举例（查表举例（1）查表时先要确定在五态中的哪一态。查表时先要确定在五态中的哪一态。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=2827.5kJ/kg第31页，共58页，编辑于2022年，星期日查表举例（查表举例（2）已知已知 t=250,5kg 蒸气占有蒸气占有0.2m3容积容积,试问蒸试问蒸气所处状态气所处状态?h=?t=250,湿蒸汽状态湿蒸汽状态
13、第32页，共58页，编辑于2022年，星期日查表举例（查表举例（2）已知已知 t=250,5kg 蒸气占有蒸气占有0.2m3容积容积,试问蒸试问蒸气所处状态气所处状态?h=?t=250,湿蒸汽状态湿蒸汽状态第33页，共58页，编辑于2022年，星期日查表举例（查表举例（3）已知已知 t=85,p=0.015MPa,试确定状态试确定状态?h=?ts=54.0,过热状态过热状态p=0.015MPa内插法内插法p=0.01MPat=85p=0.02MPat=85p=0.015MPat=85第34页，共58页，编辑于2022年，星期日饱和参数未饱和水和过热蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表(注意下划线）注意下
14、划线）第35页，共58页，编辑于2022年，星期日如何在图上表示功和热如何在图上表示功和热p-v图图（示功图示功图）：面积代表功）：面积代表功能否用线段表示热和功能否用线段表示热和功T-s图图（示热图示热图）：面积代表热）：面积代表热第36页，共58页，编辑于2022年，星期日蒸汽动力循环蒸汽动力循环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定压过程定压过程等熵过程等熵过程第37页，共58页，编辑于2022年，星期日焓熵图的画法焓熵图的画法(1)1、零点：零点：h=0，s=0；2、饱和汽线饱和汽线（上界线上界线）、饱和液线（）、饱和液线（下下界线界线）3、等压线群：等
15、压线群：p两相区两相区pT=Const斜直线斜直线单相区单相区sT向上翘的发散的形线向上翘的发散的形线C点为分界点，不在极值点上点为分界点，不在极值点上第38页，共58页，编辑于2022年，星期日焓焓 熵熵 图图hsCpx=1x=0pC第39页，共58页，编辑于2022年，星期日焓熵图的画法焓熵图的画法(2)气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体两相区：两相区：T、p一一对应，一一对应，T 线即线即 p 线线在在x=0,x=1之间，从之间，从C点出发的等分线点出发的等分线同理想气体一样，同理想气体一样，v 线比线比 p 线陡线陡4、定温线定温线 T5、等容
16、线等容线v6、等干度线等干度线x第40页，共58页，编辑于2022年，星期日焓焓 熵熵 图图hsCx=1x=0pvTx第41页，共58页，编辑于2022年，星期日7-5 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p-v、T-s、h-s图上表示图上表示热力过程：热力过程：p s T v 第42页，共58页，编辑于2022年，星期日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第43
17、页，共58页，编辑于2022年，星期日水蒸气的定压过程水蒸气的定压过程q=h wt=0342pv1例：例：锅炉中，水从锅炉中，水从30，4MPa,定压加热到定压加热到450 q=h2-h1ts(4MPa)=250.33锅炉、换热器锅炉、换热器第44页，共58页，编辑于2022年，星期日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 q=h2-h12Tshs2h1=129.3 kJ/kg h2=3330.7 kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kg第45页，共58页，编辑于2022年，星期日水蒸气的绝热过程水蒸气的绝热过程p12pvp2不
18、可逆过程：不可逆过程：汽轮机、水泵汽轮机、水泵12可逆过程：可逆过程：s1 2 1 2q=0第46页，共58页，编辑于2022年，星期日水蒸气的绝热过程水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵汽轮机、水泵q=0212Ts不可逆过程：不可逆过程：可逆过程：可逆过程：sp1p2第47页，共58页，编辑于2022年，星期日水蒸气的绝热过程水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵汽轮机、水泵q=0hs不可逆过程不可逆过程 可逆过程：可逆过程：sp1p221h1h2h22透平内效率透平内效率 第48页，共58页，编辑于2022年，星期日水蒸气的绝热过程举例水蒸气的绝热过程举例hsp1p221h1h2h22例：例：汽轮机汽轮机
19、求：求：解：解：由由 t1、p1查表查表 第49页，共58页，编辑于2022年，星期日水蒸气的绝热过程举例水蒸气的绝热过程举例hsp1p221h1h2h22求：求：由由 p2查表查表第50页，共58页，编辑于2022年，星期日水蒸气的绝热过程举例水蒸气的绝热过程举例hsp1p221h1h2h22求：求：第51页，共58页，编辑于2022年，星期日水蒸气的定温过程水蒸气的定温过程pv实际设备中很少见实际设备中很少见TCTcT远离饱和线，远离饱和线，接近于接近于理想理想气体气体第52页，共58页，编辑于2022年，星期日水蒸气的定温过程水蒸气的定温过程12Tshs122理想气体理想气体 测量干度原
20、理测量干度原理 绝热节流绝热节流可逆过程：可逆过程：12第53页，共58页，编辑于2022年，星期日测量干度的装置测量干度的装置湿蒸汽干度测定示意图第54页，共58页，编辑于2022年，星期日水蒸气的定容过程水蒸气的定容过程实际设备中不常见实际设备中不常见12pv第55页，共58页，编辑于2022年，星期日水蒸气的定容过程水蒸气的定容过程1TshspT212vpv第56页，共58页，编辑于2022年，星期日5、注意与理想气体比较，哪些公式可用、注意与理想气体比较，哪些公式可用、哪些不能用哪些不能用第六章第六章 小小 结结1、熟悉熟悉pT相图相图2、熟悉熟悉1 1点点2 2线线3 3区区5 5态态3、会查图表会查图表4、基本热力过程在基本热力过程在p-v、T-s、h-s图上的表图上的表 示，会计算示，会计算 q、wt第57页，共58页，编辑于2022年，星期日第七章第七章 完完第58页，共58页，编辑于2022年，星期日