1、第七章第七章 水蒸气水蒸气 steam3 71 饱和温度和饱和压力饱和温度和饱和压力 SaturatedtemperatureandSaturatedpressure一一.汽化和液化汽化和液化(vaporization and liquefaction)汽化汽化：由液态到气态的过程蒸发蒸发：在液体表面进行的汽化过程液化液化：由气相到液相的过程沸腾沸腾：在液体表面及内部进行的强烈汽化过程。二二.饱和状态饱和状态(Saturated state)当汽化速度=液化速度时，系统处于动态平衡动态平衡，宏观上气、液两相保持一定的相对数量饱和状态饱和状态。饱和状态的温度饱和温度，饱和温度，ts(Ts) 饱和
2、状态的压力饱和压力，饱和压力，ps 加热，使温度升高如t，并保持定值，系统建立新的动态平衡。与之对应，p变成ps。所以sspT 一一对应，只有一个独立变量一一对应，只有一个独立变量，即sspft 5 几个名词：饱和液饱和液(saturatedliquid)处于饱和状态的液体：t=ts 干饱和蒸汽干饱和蒸汽(dry-saturated vapor; dry vapor )处于饱和状态的蒸汽：t=ts未饱和液未饱和液(unsaturated liquid)温度低于所处压力下饱和温度的液体：tts, tts=d称过称过 热度热度(degreeofsuperheat)。 湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽(wet-
3、saturated vapor; wet vapor )饱和液和干饱和蒸汽的混合物：t=ts使未饱和液达饱和状态的途径：pt, tpptts不变，保持 pttpps不变，保持7 三三.干度干度-dryness液汽汽mmmx（湿度y=1x）x01饱和液湿饱和蒸汽干饱和蒸汽定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用w或x表示。四四.克拉贝隆克拉贝隆-克劳修斯方程克劳修斯方程1.吉布斯相律吉布斯相律对于多元（如对于多元（如k个组元）多相（如个组元）多相（如f个相）个相）元化学反应的热力系，其独立参数，即元化学反应的热力系，其独立参数，即自由度自由度 n=kf+2例：水在液相（或固相、气相）k=1，f=1
4、，故n=1-1+2，此时压力，温度均可独立变化。水在汽液共存时k=1，f=2，故n=1，此时压力和温度中仅有一个可自由变化。三相点：k=1，f=3故n=0水的三相点水的三相点(triple pint)：611.6Pa0.01 Ctritript? 30.00100022m /kgtriv10 2.克克克方程克方程ddspTTvv相平衡分别为汽化潜热汽化潜热(heatofvaporization)、熔解熔解 热热(heatoffusion)和升华热升华热(heatofsublimation)。分析：1）因，为“+”；T为“+”；故相平衡线斜率正负由体积差决定；2）三相点处不光滑。ddlspTT
5、vv相平衡ddvspTT vv相平衡11 72 水定压加热汽化过程水定压加热汽化过程一一.水定压加热汽化过程水定压加热汽化过程预热预热汽化汽化过热过热tts 分析水蒸气的相变图线可见，上、下界线表明了水汽化的始末界线，分析水蒸气的相变图线可见，上、下界线表明了水汽化的始末界线，二者统称饱和曲线，它把二者统称饱和曲线，它把p p- -v v和和T T- -s s图分为三个区域，即液态区图分为三个区域，即液态区( (下下界线左侧界线左侧) )、湿蒸汽区、湿蒸汽区( (饱和曲线内饱和曲线内) )、汽态区、汽态区( (上界线右侧上界线右侧) )。此外，。此外，习惯上常把压力高于临界点的临界温度线作为习
6、惯上常把压力高于临界点的临界温度线作为“永久永久”气体与液体气体与液体的分界线。所以，水蒸气的相变图线，可以总结为一点的分界线。所以，水蒸气的相变图线，可以总结为一点( (临界点临界点) )、二线二线( (上界线、下界线上界线、下界线) )、三区、三区( (液态区、湿蒸汽区、气态区液态区、湿蒸汽区、气态区) )和五态和五态( (未饱和水状态、饱和水状态、湿饱和蒸汽状态、干饱和蒸汽状态、未饱和水状态、饱和水状态、湿饱和蒸汽状态、干饱和蒸汽状态、过热蒸汽状态过热蒸汽状态) ) 13 一点：临界点临界点 Criticalpoint322.12MPa374.15 C0.00317m /kgcccptv
7、两线上界限线上界限线 下界限线下界限线三区液液汽液共存汽液共存汽汽五态未饱和水未饱和水饱和水饱和水湿蒸汽湿蒸汽干饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽过热蒸汽重要特征：在湿蒸汽区，定温线和定线重合重要特征：在湿蒸汽区，定温线和定线重合“一点、两线、三区、五态一点、两线、三区、五态”73 水和水蒸气状态参数水和水蒸气状态参数水和水蒸气的状态参数可按不同区域，由给出的独立状态参数通过实际气体状态方程及其他一般关系式计算（通常由计算机计算）或查图表确定。一一.零点规定零点规定规定：三相点液态水热力学能及熵为零规定：三相点液态水热力学能及熵为零273.16273.163273.16000.00100021m /k
8、gusv0611.6 0.001000210.612Jhupv可近似为零在动力工程中水蒸气不宜利用理想气体性质计算16 二二.未饱和水（未饱和水（t，p）查图表或由专用程序计算16.273lnTcstchptpt三三.饱和水和饱和水蒸气饱和水和饱和水蒸气(ps和和ts) 查图表或由专用程序计算。查图表或由专用程序计算。压力不太高时，饱和水的焓可近似计算：压力不太高时，可近似sth1868. 4/四四.过热蒸汽（过热蒸汽（p，t）查图表或由专用程序计算。注意：过热蒸汽不可用类似未饱和水的近似式，因cp变化复杂。五五.湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽由由ts（或（或ps）与）与x共同确定共同确定：较大时xxv
9、vvxvvxxvvx 1 10 x未饱和水 vv1 hxxhhxxsxxvphu湿蒸汽 vvv过热蒸汽 vv xh 1 sxxssx ssxssTxs 19 74 水蒸气表和图水蒸气表和图利用水蒸气表计算利用水蒸气表计算 1.已知已知ts=70,求求p ps s、h h/ /、h h/ 2.2.已知已知p ps s=2.5MPa=2.5MPa，求，求t ts s、 h h/ /、h h/3.3.已知已知t=180t=180 ，p p=0.5MPa,=0.5MPa,判断蒸汽的状态，并求判断蒸汽的状态，并求h h4.4.已知已知p ps s=0.1MPa=0.1MPa，x x=0.8=0.8，求，
10、求t t、h h5.5.已知已知p=10MPap=10MPa，t=526 t=526 ，求求h h、s s6.6.已知已知p=16.7MPap=16.7MPa，t=543 t=543 ，求求h h7.7.某火电机组，乏汽压力为某火电机组，乏汽压力为0.005MPa,0.005MPa,干度干度x=0.85x=0.85，流量，流量为为300t/h300t/h，乏汽在凝汽器中等压放热，凝结为饱和水，乏汽在凝汽器中等压放热，凝结为饱和水，其热量由循环水带走，设循环水的温升为其热量由循环水带走，设循环水的温升为7 7 ，循环水，循环水的比热为的比热为4.1868kJ/(kg.k)4.1868kJ/(kg
11、.k)，求循环水的流量。，求循环水的流量。8.8.在炉子上将一壶水有在炉子上将一壶水有20 烧开需要烧开需要15分钟，问把这壶分钟，问把这壶水烧干还需要多长时间？水烧干还需要多长时间？21 二二.水蒸气的焓水蒸气的焓熵（熵（h-s）图）图dddhT sv p1）定压线群）定压线群Tshp湿蒸汽区，T=Ts，直线过热蒸汽区，斜率随T增大而增大:nshnnspvTsh02）定温线群）定温线群TTspvTsh湿蒸汽区：d0sThpTs直线，与等压线重合过热蒸汽区：pTTvps等温线较等压线平坦，低压时趋于水平。pvTvv1TTshVT1Vv3）等容线群）等容线群vvspvTsh4）等干度线）等干度线
12、等容线比等压线陡等容线比等压线陡svvTsppvvshshspvTvT00即，等熵条件下，利用焓熵图表计算利用焓熵图表计算 1.1.已知已知p=10MPap=10MPa，t=530 t=530 ，求，求h h、s s2.2.已知已知p ps s=0.1MPa=0.1MPa，x x=0.8=0.8，求，求t t、h h3.3.已知已知t=180t=180 ，p p=0.5MPa,=0.5MPa,判断蒸汽的状态，并求判断蒸汽的状态，并求h h4 p4 p1 1=12MPa,t=12MPa,t1 1=520 =520 , ,经绝热节流，经绝热节流，p p2 2=5MPa,=5MPa,求求t t2 2
13、=?=?5.5.设蒸汽在汽轮机内可逆绝热膨胀，设蒸汽在汽轮机内可逆绝热膨胀， p p1 1=14MPa,t=14MPa,t1 1=520 =520 ,乏汽压力为乏汽压力为p p2 2=10kPa,=10kPa,蒸汽蒸汽流量为流量为100t/h100t/h，求汽轮机，求汽轮机的功率？的功率？6. 6. 某火电机组，乏汽压力为某火电机组，乏汽压力为0.006MPa,0.006MPa,干度干度x=0.85x=0.85，流，流量为量为290t/h290t/h，乏汽在凝汽器中等压放热，凝结为饱和水，乏汽在凝汽器中等压放热，凝结为饱和水，其热量由循环水带走，设其热量由循环水带走，设循环水的流量为循环水的流
14、量为9800t/h9800t/h，循环，循环水的比热为水的比热为4.1868kJ/(kg.k)4.1868kJ/(kg.k)，求，求循环水的温升循环水的温升? ?75 水蒸气的基本过程水蒸气的基本过程一一.基本公式基本公式过程中状态参数确定图表或专用程序计算。功、热量的计算式：2121222111dddtvptquwqhwquuqhhwp vwv pqT s 二二.定压过程定压过程初末hhqp01hhql03hhqp12hh 23suphhq三三.定熵过程定熵过程 2221112121vphvphuuwhhwt注意：水蒸气常数pv其中vpcc为经验数字过热蒸汽=1.3饱和蒸汽=1.135湿蒸汽
15、=1.035+0.1x或1221lnlnvvpp水蒸气122111vTvT?四四.定体积过程定体积过程pvhuqVvvc时，定容加热x上升定容加热时定容加热时x如何变化如何变化？思考：思考： 例例：用温度为500K的恒温热源加热1atm的饱和水，使之定压汽化为100c的饱和干蒸汽，求：1）该过程中工质的熵变如何计算？2）过程中熵流和熵产。解：rhhkgkJhkgkJhKkgkJsKkgkJskgkJrCtMPas6 .2257 14.2675 52.4173589. 7 3028. 16 .2257634.991 . 0时据表1）查表KkgkJsss0561. 63028. 13589. 7
16、KkgkJTrTdqTqsorssR0561. 621212121dpTvTdTcdssorpp因为饱和水汽化过程spp qdTcdpp且0KkgkJTrTqdsss0561. 621212）由闭口系熵方程gfsssKkgkJsssKkgkJTrTqTqsTqsfgff5409. 15152. 40561. 65152. 45006 .225721热源热源热源热源例：例：冷凝器中，蒸汽压力为4kPa，x=0.95，试求vx，hx，sx的值；若此蒸汽凝结为水，试求其容积变化。解：查饱和蒸汽表2p=0.004MPakgkJxhhxhKkgkJxssxskgmxvvxvKkgkJsKkgkJskgkJhkgkJhkgmvkgmvxxx5 .2432 10721. 8 1063.33 14725. 8 4221. 045.2553 30.121796.34 0010041. 0333相对容积变化率32931001004. 0063.33vvx
