工程热力学-第七章水蒸气性质和蒸汽动力循环.ppt
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1、工程热力学,彭 伟 Email: 手机: 18055440449,第七章 水蒸气性质 和蒸汽动力循环,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,水蒸气不能作为理想气体来对待,它的物理性质较理想气体复杂得多,它的状态方程、热力学能、焓和熵的计算式都不像理想气体的计算式那样简单。 工程计算时直接查取为工程计算编制的蒸气热力性质图表或计算程序。 其热力过程的计算分析也只能依据热力学基本
2、定律和热力性质图表进行。,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-液平衡共存的状态 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,7-1 水蒸气的饱和状态,饱和状态,饱和状态:汽化与凝结的动态平衡,饱和温度Ts,饱和压力ps,一一对应,放掉一些水,Ts不变, ps?,Ts,ps,ps=1.01325bar,Ts=100 ,西藏ps=0.6bar,Ts=85.95 ,高压锅ps=1.6bar,Ts=113.32 ,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A,三相
3、点,临界点C,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,临界温度是最高的饱和温度;临界压力是最高的饱和压力 三相点温度是最低的汽液两相平衡的饱和温度; 三相点压力是最低的汽液两相平衡的饱和压力,7-2 水蒸气的产生过程,定压下水蒸气的发生过程 工业生产中所用的水蒸气,一般都是在定压下(如锅炉中)产生的。为了说明方便起见,假设定量(如1kg)的水在气缸内进行定压加热,调节活塞上的砝码可改变水的压力。定压下水的发生过程可分三个阶段: 定压预热过程、定压汽化过程、定压过热过程,7-2 水蒸气的产生过程,t ts,t = ts,t = ts,t = ts,t ts,v v,v
4、 = 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“,h h“,s s,s = s,s = s“,s s s“,s s“,假定水开始处于某一压力p,温度为0的状态,在维持压力不变的条件下,随着外界的加热,水的体积稍有膨胀,比体积略有增加,水的熵因吸热而增大。 当水温升至对应压力p的饱和温度ts时,若继续加热,水就会沸腾而产生蒸气。此沸腾温度称为饱和温度ts。 处于饱和温度的水称为饱和水,对其除压力和温度外的状态参数均加上一上角标“”,以示和其它状态的区别,如h、v和s等。 低于饱和温度的水称为未饱和水
5、(或过冷水)。,1水的定压预热阶段,1水的定压预热阶段,1kg 0的未饱和水加热到压力p下的饱和温度ts所需的热量称为液体热,用q表示。根据热力学第一定律有,水的液体热随压力提高而增大,在维持压力不变的条件下,对饱和水继续加热,水开始沸腾发生相变而产生蒸汽。沸腾时温度保持不变,仍为饱和温度ts 在这个水的液汽相变过程中,所经历的状态是液、汽两相共存的状态,称为湿饱和蒸汽,简称为湿蒸汽。 随着加热过程的继续,水逐渐减少,蒸汽逐渐增加,直至水全部变为蒸汽,称为干饱和蒸汽或饱和蒸汽。 对干饱和蒸汽除压力和温度外的状态参数均加上一上角标“”,如v、h和s,2. 饱和水的定压汽化阶段,2. 饱和水的定压
6、汽化阶段,由饱和水定压加热为干饱和蒸汽的过程,虽然压力、温度不变,比体积却随着蒸汽增多而增大,熵值也因吸热而增大,故这个过程在图p-v和图T-s上是水平线段。 该过程的吸热量称为汽化热,用r表示,则 此热量在T-s图上是1-1”下带阴影线的面积。,2. 饱和水的定压汽化阶段,湿蒸汽是饱和水和饱和蒸汽的混合物。 干度指湿蒸汽中所含饱和水蒸气的质量分数 湿度指湿蒸气中所含饱和水的质量分数 x+y=1 饱和水:x=0, y=1 饱和干蒸气:x=1, y=0 湿蒸汽:0x1, 0y1,湿饱和蒸汽区状态参数的确定,如果有1kg湿蒸气,干度为x, 即有xkg饱和蒸汽,(1-x)kg饱和水。,已知p或T(h
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