工程熱力學(xué)第六章水蒸氣課件.ppt

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1、 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 際 氣 體 ， 使 用 圖 表18世 紀(jì) ， 蒸 氣 機 的 發(fā) 明 ， 是 唯 一 工 質(zhì)直 到 內(nèi) 燃 機 發(fā) 明 ， 才 有 燃 氣 工 質(zhì)目 前 仍 是 火 力 發(fā) 電 、 核 電 、 供 暖 、 化 工 的 工 質(zhì)優(yōu) 點 : 便 宜 ， 易 得 ， 無 毒 ， 膨 脹 性 能 好 ， 傳 熱 性 能 好是 其 它 實 際 氣 體 的 代 表 1. 實 際 工 質(zhì) 的 物 性3. 水 蒸 氣 圖 表 的 結(jié) 構(gòu) 和 應(yīng) 用2. 水 蒸 氣 的 產(chǎn) 生 過 程 物 質(zhì) 有 三 種 聚

2、集 狀 態(tài) ： 固 態(tài) 、 液 態(tài) 、 氣 態(tài)熱 力 學(xué) 面 ： 以 p,v,T表 示 的 物 質(zhì) 各 種 狀 態(tài)水 的 三 態(tài) ： 冰 、 水 、 蒸 汽 c oc 3c 22.129MPa647.30K (374.15 C)m0.00326 kgpTv 水 的臨 界點 狀態(tài) 飽 和 液 線 與 飽 和 氣 線 的 交 點氣 液 兩 相 共 存 的 pmax,Tmax等 溫 線 是 鞍 點臨界點 0317 沒 有 。 t374.16 有1. 有 沒 有 500C的 水 ？2. 有 沒 有 -3 的 蒸 汽 ？ 沸 騰 ： 表 面 和 液 體 內(nèi) 部 同 時 發(fā) 生 的 汽 化(氣 體 和 液

3、 體 均 處 在 飽 和 狀 態(tài) 下 )飽 和 狀 態(tài) ： 汽 化 與 凝 結(jié) 的 動 態(tài) 平 衡汽 化 : 由 液 態(tài) 變 成 氣 態(tài) 的 物 理 過 程 (不 涉 及 化 學(xué) 變 化 )蒸 發(fā) ： 汽 液 表 面 上 的 汽 化 飽 和 狀 態(tài) ： 汽 化 與 凝 結(jié) 的 動 態(tài) 平 衡飽 和 溫 度 Ts飽 和 壓 力 ps 一 一 對 應(yīng)放 掉 一 些 水 ， Ts不 變 ， ps？Ts psps=1.01325bar Ts=100 青 藏 ps=0.6bar Ts=85.95 高 壓 鍋 ps=1.6bar Ts=113.32 t tsv v v = v v = vv v v未 飽

4、和 水 飽 和 水 飽 和 濕 蒸 汽 飽 和 干 蒸 汽 過 熱 蒸 汽h h h = h h = hh h hs s s = s s = ss s s水 預(yù) 熱 汽 化 過 熱 (1) ( )Q U W U pdVU p V U pV H (2) f g 0S S S (3) 理 想 氣 體 ( )h f T實 際 氣 體 汽 化 時 ， T Ts不 變 ， 但 h增 加 h h 汽 化 潛 熱(4) 未 飽 和 水 過 冷 度 st t t 過 冷 過 冷 水過 熱 蒸 汽 過 熱 度 st t t 過 熱 cp cT cTA BC A C BcT T cTT cpp cpp3a 3b

5、3d 3e3c3a 3b 3d 3e3c 2c2a 2b 2d 2e 2c2a 2b 2d 2e1c1a 1b 1d 1e 1c1a 1b 1d 1eT s p-v圖 ， T-s圖 上 的 水 蒸 氣 定 壓 加 熱 過 程p v cp 一 點 ， 二 線 ， 三 區(qū) ， 五 態(tài) 狀 態(tài) 公 理 ： 簡 單 可 壓 縮 系 統(tǒng) ， 兩 個 獨 立 變 量未 飽 和 水 及 過 熱 蒸 汽 ， 一 般 已 知 p、 T即 可飽 和 水 和 干 飽 和 蒸 汽 ， 只 需 確 定 p或 T濕 飽 和 蒸 汽 ， p和 T不 獨 立 ， 汽 液 兩 相 1、 未 飽 和 水 及 過 熱 蒸 汽確 定

6、 任 意 兩 個 獨 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) 定 義 干 飽 和 蒸 汽 fmx m m vv干 飽 和 蒸 汽 質(zhì) 量 濕 飽 和 蒸 汽 質(zhì) 量 飽 和 水對 干 度 x的 說 明 ：x = 0 飽 和 水 x = 1 干 飽 和 蒸 汽0 x 1在 過 冷 水 和 過 熱 蒸 汽 區(qū) 域 ， x無 意 義 如 果 有 1kg濕 蒸 氣 ， 干 度 為 x, 即 有xkg飽 和 蒸 汽 ， (1-x)kg飽 和 水 。 )1( yxxyy

7、)1( )1( )1( sxxss vxxvv hxxhh y yx y y 已 知 p或 T(h,v,s,h,v,s)+干 度 xh ,v ,s 兩 類2、 未 飽 和 水 和 過 熱 蒸 汽 表1、 飽 和 水 和 干 飽 和 蒸 汽 表 6-4 水 蒸 氣 表 和 圖 o/ Ct KT / /p MPa kgmv / 3 kgmv / 3 kgkJh / kgkJh / )( / KkgkJs )( / KkgkJs 01.0100200300 16.273 000611.0 00100022.0 175.206 0.2501000614.0 0000.0 1562.915.373 10

8、1325.0 0010437.0 6738.1 3.267606.419 3069.1 3564.715.473 5551.1 0011565.0 4.82512714.0 4.2791 3307.2 4289.615.573 5917.8 0014041.0 02162.0 4.1345 4.2748 2559.3 7038.5kgmv / 3 kgmv / 3 kgkJh / kgkJh / )( / KkgkJs )( / KkgkJs o/ Ct 949.6 63.99 88.179 96.3105.2484 0010001.0 208.129 8.251333.29 1060.02.

9、2258 0010434.0 6946.1 7.267551.417 3027.14.2014 0011274.0 6.76219430.0 0.27778.1315/p MPa001.0 1.00.110 0014526.0 01800.0 6.1408 4.2724 9756.8 3608.71382.2 5847.63616.3 6143.5kgkJr / 飽和參數(shù) p 0.01MPa 0.02MPa83.45st 1505.86493.0 4.258484.191 676.140010102.0 s s h h v v 09.60st 9092.78321.0 6.260946.251

10、 6515.70010172.0 s s h h v vt v h s v h s0408060 0010002.0 0.0 0001.0 0010002.0 0.0 0001.05.1670010078.0 4.167 5729.0 0010078.0 5721.0 8310.01.2510010171.01752.83.261134.15 27.16 3.2649 3437.8 119.8 8.2647 0205.84.2724052.95479.84.272512.18 2261.8120 原 則 上 可 任 取 零 點 ， 國 際 上 統(tǒng) 一 規(guī) 定 。但 原 則 上 不 為 0， 對

11、 水 ： pvuh 3m611.2 0.00100022p Pa v kg 00006.06.0 kgkJkgJpvuh 表 依 據(jù) 1963年 第 六 屆 國 際 水 和 水 蒸 氣 會 議 發(fā) 表 的國 際 骨 架 表 編 制 ， 盡 管 IFC（ 國 際 公 式 化 委 員 會 ）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 。焓 、 內(nèi) 能 、 熵 零 點 的 規(guī) 定 ： 0 s0u T 16.273水 的 三 相 點 查 表 時 先 要 確 定 在 五 態(tài) 中 的 哪 一 態(tài)

12、。例 .1 已 知 ： p=1MPa,試 確 定 t=100 , 200 各 處 于 哪 個 狀 態(tài) , 各 自 h是 多 少 ？ts(p)=179.88 （ 179.916 )t=100 ts, 過 熱 蒸 汽 h=2827.5kJ/kg 已 知 t=250 , 5kg 蒸 汽 占 有 0.2m3容 積 , 試 問 蒸汽 所 處 狀 態(tài) ? h=? 30.2 m0.04 kg5v kgmv 3001253.0t=250 , kgmv 305002.0 0.04 0.0012513 0.795 0.05002 0.0012513v vx v v v v v 濕 蒸 汽 狀 態(tài) 已 知 t=25

13、0 , 5kg 蒸 氣 占 有 0.2m3容 積 , 試 問 蒸氣 所 處 狀 態(tài) ? h=?t=250 , 0.795x 濕 蒸 汽 狀 態(tài) kJ kJ 1085.8 2799.5kg kgh h kJ (1 ) 2448.2 kgh xh x h 在 一 剛 性 容 器 內(nèi) 充 滿 p=0.1MPa， t=20 的水 。 由 于 太 陽 照 射 ， 使 其 溫 度 升 為 40 ,求 容 器承 受 的 壓 力 。p=0.1MPat=20 3m 0.0010018 kgv t=40 14.0MPap 等 容 過 程儲 液 罐 很 危 險 ，不 能 裝 滿 。 已 知 t=85 , p=0.0

14、15MPa , 試 確 定 狀 態(tài) ? h=?ts=54.0 , 過 熱 狀 態(tài)8090 80 85 8090 80h hh h p=0.015MPa內(nèi) 插 法p=0.01MPat=85 0.01 kJ 2658.8 kgh 8090 80 85 8090 80h hh h p=0.02MPat=85 0.02 kJ 2657.4 kgh 0.010.02 0.01 0.015 0.010.02 0.01h hh h p=0.015MPat=85 kJ 2658.1 kgh 飽和參數(shù) p aMP01.0 aMP02.07988.45st 1481.8s 6490.0 72.25883h 76.

15、191 673.14 v0010103.0 shv 09.60st 9092.78321.0 6.260946.251 6515.70010172.0 s s h h v vt v h s v h s0408060 0010002.0 0.0 0002.0 0010002.0 0.0 0001.05.1670010079.0 4.167 5723.0 0010078.0 5721.0 8310.01.2510010171.02313.88.2610336.15 268.16 9.2648 3422.8 119.8 8.2647 0205.84.2724052.95466.81.2725124.

16、18 2261.8120 p-v圖 （ 示 功 圖 ） ： 面 積 代 表 功能 否 用 線 段 表 示 熱 和 功T-s圖 （ 示 熱 圖 ） ： 面 積 代 表 熱 鍋爐 汽 輪 機發(fā) 電 機給 水 泵 凝汽器過 熱 器 定 壓 過 程等 熵 過 程 tq h w h tw h0s （ 上 界 線 ） 、 飽 和 液 線 （ 下q Tds dh vdp p 0h Ts C Cp 0h Ts C點 為 分 界 點 ， 不 在 極 值 點 上 氣 相 區(qū) ： 離 飽 和 態(tài) 越 遠(yuǎn) ， 越 接 近 于 理 想 氣 體兩 相 區(qū) ： T、 p一 一 對 應(yīng) ， T 線 即 p 線在 x=0, x

17、=1之 間 ， 從 C點 出 發(fā) 的 等 分 線同 理 想 氣 體 一 樣 ， v 線 比 p 線 陡4、 定 溫 線 T5、 等 容 線 v6、 等 干 度 線 x 任 務(wù) ： 確 定 初 終 態(tài) 參 數(shù) ， 計 算 過 程 中 的 功 和 熱 在 p-v、 T-s、 h-s圖 上 表 示熱 力 過 程 ： p s T v q = h wt = 0 3 4 2p v1q h vdp 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 4

18、50 q = h2-h1 2T s h s2h 1 = 129.3 kJ/kg h2 = 3330.7 kJ/kgh2h11 3 4 1 43=3201.4kJ/kg p1 2p vp2 不 可 逆 過 程 ： 汽 輪 機 、 水 泵 12 可 逆 過 程 ： s1 2 1 2q = 0t 1 2w h h h 汽 輪 機 、 水 泵 q = 0t 1 2w h h 212T s 不 可 逆 過 程 ： 可 逆 過 程 ： s t 1 2w h h p1p2 汽 輪 機 、 水 泵 q = 0 t 1 2w h h h s 不 可 逆 過 程 可 逆 過 程 ： st 1 2w h h p1p

19、2 21h1h2h2 2 透 平 內(nèi) 效 率 1 2oi 1 2h hh h h sp1p2 21h1h2h2 2例 ： 汽 輪 機 1 4MPap o1 450 Ct 2 0.005MPap 0.9oi 求 ： tw 2h 2x1 3330.7kJ/kgh 1 6.9379kJ/kg.Ks 解 ： 由 t1、 p1查 表 2 1s s h sp1p2 21h1h2h2 24MPa o450 C0.005MPa求 ： tw 2h 2x 2 1 6.9379kJ/kg.Ks s 由 p2查 表 2 137.77kJ/kgh 2 2561.2kJ/kgh 2 0.4762kJ/kg.Ks 2 8.

20、3952kJ/kg.Ks 2 22 2 2 0.8160s sx s s h sp1p2 21h1h2h2 24MPa o450 C0.005MPa求 ： tw 2h 2x 2 2 2 2 21 2115.3kJ/kgh x h x h 2 0.8160 x 1 21 2 toi twh hh h w 1 2 1093.9kJ/kgt oiw h h 2 1 2236.8kJ/kgth h w 2 22 2 2 0.866h hx h h p v實 際 設(shè) 備 中 很 少 見 TC TcT 遠(yuǎn) 離 飽 和 線 ，接 近 于 理 想氣 體 1 2T s h s1 22理 想 氣 體 測 量 干

21、度 原 理 絕 熱 節(jié) 流可 逆 過 程 ：q Tds T s tw q h 12 5、 注 意 與 理 想 氣 體 比 較 ， 哪 些 公 式 可 用 、 哪 些 不 能 用第 七 章 小 結(jié)1、 熟 悉 pT相 圖2、 熟 悉 1點 2線 3區(qū) 5態(tài)3、 會 查 圖 表4、 基 本 熱 力 過 程 在 p-v、 T-s、 h-s圖 上 的 表 示 ， 會 計 算 q、 wt 習(xí) 題 61、 試 判 斷 下 列 三 種 工 質(zhì) 是 屬 于 哪 一 類 蒸 汽 ？ （ 1） P 13表 壓 ， t 210 ； （ 2） P 1ata， v 0.8m3 kg； （ 3） P 30ata， i 6

22、90kcal kg。2、 在 飽 和 溫 度 t 250 時 ， 5kg蒸 汽 占 有 容 積 0.2m3， 試 確 定 這 種 水 處 于 什 么狀 態(tài) ？3、 某 車 間 從 室 外 接 入 一 根 蒸 汽 管 道 ， 管 內(nèi) 蒸 汽 壓 力 P 9表 壓 ， 干 度 X 0.9的濕 蒸 汽 ， 經(jīng) 減 壓 閥 將 其 壓 力 降 到 4表 壓 后 引 入 室 內(nèi) 采 暖 系 統(tǒng) 。 試 利 用 i S圖確 定 減 壓 后 的 蒸 汽 狀 態(tài) 。 并 用 圖 表 示 之 。 （ 減 壓 前 后 的 焓 值 不 變 ） 。4、 汽 輪 機 每 小 時 排 入 凝 汽 器 的 乏 汽 為 51

23、000kg， 干 度 x 0.85， 凝 汽 器 內(nèi) 的 絕對 壓 力 P2 0.035ata， 若 凝 汽 器 冷 卻 水 入 口 溫 度 為 15 ， 出 口 溫 度 為 23 ，試 求 每 小 時 需 要 冷 卻 的 水 量 。5、 設(shè) 某 空 氣 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 用 P 2ata， x 0.92的 濕 蒸 汽 來 加 熱 空 氣 ， 通 過 空 氣 加熱 器 的 空 氣 量 為 V 5000Nm 3 h， 空 氣 在 加 熱 器 中 從 0 等 壓 加 熱 到 100 ， 設(shè) 濕 蒸 汽 經(jīng) 過 散 熱 后 變 為 同 壓 力 下 的 凝 結(jié) 水 （ 即 飽 和 水 ） ， 試 求 每 小時 需 要 供 給 加 熱 器 多 少 蒸 汽 量 ？6、 在 i S圖 上 確 定 下 列 三 種 蒸 汽 的 焓 值 。 （ 1） P 8ata干 飽 和 蒸 汽 ； （ 2） P 8ata ， x 0.9的 濕 蒸 汽 ； （ 3） P 8ata， t 250 的 過 熱 蒸 汽 。 作 圖 標(biāo)注 。