1、第九章第九章 水蒸气性质和蒸汽水蒸气性质和蒸汽动力循环动力循环 内容要求内容要求:v掌握水蒸气的定压产生过程；掌握水蒸气的定压产生过程；v分析确定水蒸气的状态；分析确定水蒸气的状态；v了解水蒸气的热力过程；了解水蒸气的热力过程；v掌握蒸汽热力性质图表的结构和应用掌握蒸汽热力性质图表的结构和应用 蒸气：泛指刚刚脱离液态或比较接近液态的蒸气：泛指刚刚脱离液态或比较接近液态的 气态物质。是一种实际气体。气态物质。是一种实际气体。常用蒸气：水蒸气，氨蒸气，氟里昂蒸气。常用蒸气：水蒸气，氨蒸气，氟里昂蒸气。水蒸气特点：水蒸气特点：人类在热力发动机中最早广泛使用的工质。人类在热力发动机中最早广泛使用的工质
2、。来源丰富，无毒无味，比热容大，传热好，有良来源丰富，无毒无味，比热容大，传热好，有良好的膨胀和载热性能，不污染环境。好的膨胀和载热性能，不污染环境。热工计算：热工计算：不能按理想气体处理。状态方程式，比热的函不能按理想气体处理。状态方程式，比热的函数关系以及有关热工计算的经验公式都比较复杂。数关系以及有关热工计算的经验公式都比较复杂。采用查图查表方法采用查图查表方法 蒸气的热力性质图表。蒸气的热力性质图表。91 水蒸气的产生过程水蒸气的产生过程 1.汽化汽化(vaporation)：物质由液态转变为气态的过程。物质由液态转变为气态的过程。汽化的方式有两种：蒸发和沸腾。汽化的方式有两种：蒸发和
3、沸腾。9-1-1 基本概念基本概念 2.液化液化(liquefaction)：物质由气态转变为液态的过程（凝结）。物质由气态转变为液态的过程（凝结）。3.蒸发蒸发(boil-off)：在液体表面较缓慢地进行的汽化过程。在液体表面较缓慢地进行的汽化过程。蒸发可以在任何温度下进行。蒸发可以在任何温度下进行。特点特点 蒸发速度取决于液体的性质，液体的温度，蒸发速度取决于液体的性质，液体的温度，蒸发表面积和液面上气流速度。蒸发表面积和液面上气流速度。4.沸腾沸腾(boiling):在特定的温度下发生，在液体内部和表面同时在特定的温度下发生，在液体内部和表面同时 进行的强烈的汽化过程。进行的强烈的汽化过
4、程。沸腾的温度与液体所受的压力有关。沸腾的温度与液体所受的压力有关。特点特点 沸点沸点(boiling point)：在某一压力下，液体沸腾时的温度。在某一压力下，液体沸腾时的温度。与液体的性质有关。与液体的性质有关。同种液体，沸点还随压力的升高而增大。同种液体，沸点还随压力的升高而增大。沸腾状态的水沸腾状态的水总是烫手的。总是烫手的。5.饱和状态饱和状态(saturation state)：气液两相处于动态平衡的状态。气液两相处于动态平衡的状态。饱和液体饱和液体(saturated liquid)：饱和状态下的液体；：饱和状态下的液体；饱和蒸气饱和蒸气(saturated vapor)：饱和
5、状态下的蒸气；：饱和状态下的蒸气；饱和温度和饱和压力：饱和温度和饱和压力：特点：特点：（1）汽液共存；）汽液共存；（2）汽液同温；）汽液同温；（3）饱和压力随饱和温度的升高而增大，）饱和压力随饱和温度的升高而增大，两者一一对应。两者一一对应。6.湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽(wet vapor)：是饱和蒸汽与饱和液体的混合物是饱和蒸汽与饱和液体的混合物 二者处于两相平衡。二者处于两相平衡。7.干饱和蒸汽：干饱和蒸汽：不含有液体的饱和蒸汽。不含有液体的饱和蒸汽。8.过热蒸汽过热蒸汽(superheated vapor)；在一定压力下，温度大于饱和温度时的蒸汽。在一定压力下，温度大于饱和温度时的蒸汽。过热
6、度：过热蒸汽温度过热度：过热蒸汽温度t 饱和蒸汽温度饱和蒸汽温度ts。9.过冷液体过冷液体(subcooled liquid)：在一定压力下，温度低于相应饱和温度的液体。在一定压力下，温度低于相应饱和温度的液体。过冷度：饱和蒸汽温度过冷度：饱和蒸汽温度ts 过冷液体温度过冷液体温度t。9-1-2 9-1-2 水蒸气的定压产生过程水蒸气的定压产生过程活塞式汽缸中水蒸气的定压产生过程。活塞式汽缸中水蒸气的定压产生过程。分析分析假设：汽缸中有假设：汽缸中有1kg，初温为，初温为0C的水，的水，水面上有一个可以移动的活塞，施加一定水面上有一个可以移动的活塞，施加一定 的压力的压力p（不同实验序号下维持
7、恒定压力），（不同实验序号下维持恒定压力），在容器底部对水加热。在容器底部对水加热。p加热加热 1.水蒸气产生过程的三个阶段水蒸气产生过程的三个阶段p加加热热p加加热热p加加热热p加加热热p加加热热未饱和水未饱和水 湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽干饱和蒸汽干饱和蒸汽 过热蒸汽过热蒸汽 饱和水饱和水水定压预热水定压预热饱和水定压汽化饱和水定压汽化干蒸汽定压过热干蒸汽定压过热吸热，温度升高，比体积略增吸热，温度升高，比体积略增 水定压预热：水定压预热：未饱和水未饱和水 饱和水饱和水 参数：参数：ps，ts，v，h，s 饱和水定压汽化饱和水定压汽化继续加热，水开始汽化，饱和温度不变，继续加热，水开始汽化，饱和
8、温度不变，比体积增大，水量逐渐减少，汽量逐渐增加比体积增大，水量逐渐减少，汽量逐渐增加 参数：参数：ps，ts，vx，hx，sx继续加热，温度不变，比体积增大，继续加热，温度不变，比体积增大，至汽缸中的最后一滴水变成蒸汽至汽缸中的最后一滴水变成蒸汽 参数：参数：ps，ts，v”，h”，s”参数：参数：ps，ts，v，h，s 湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽干饱和蒸汽 饱和水饱和水 干蒸汽定压过热干蒸汽定压过热 干饱和蒸汽干饱和蒸汽 过热蒸汽过热蒸汽继续加热，比体积继续增大，蒸汽温度开始继续加热，比体积继续增大，蒸汽温度开始上升，温度大于相应压力下的饱和温度上升，温度大于相应压力下的饱和温度 参
9、数：参数：ps，ts，v”，h”，s”2.水蒸气定压形成过程在水蒸气定压形成过程在p-v图和图和T-s图表示图表示 a b c d ep预预热热汽汽化化过过热热 v v vx v”v v Tsab c de s sx s”s 某一压力下某一压力下 3.水蒸气定压形成过程的能量关系水蒸气定压形成过程的能量关系（1）未饱和水的定压预热阶段）未饱和水的定压预热阶段液体热用焓差表示液体热用焓差表示0hhql（2）饱和水的定压（定温）汽化阶段）饱和水的定压（定温）汽化阶段用汽化潜热表示：用汽化潜热表示：hh 或用熵来计算汽化潜热：或用熵来计算汽化潜热：)(ssTs Tsab c de s sx s”sT
10、S表示湿蒸汽的干燥程度；表示湿蒸汽的干燥程度；饱和水饱和水 x=0，干饱和蒸汽，干饱和蒸汽 x=1;汽轮机运行时，干度规定汽轮机运行时，干度规定x=0.86-0.88 干度干度(quality)：湿蒸汽中所含有的干饱和蒸汽的质量分数。湿蒸汽中所含有的干饱和蒸汽的质量分数。wvvmmmx说明说明 Tsab c de s sx s”sTS（3）干饱和蒸汽的定压过热阶段）干饱和蒸汽的定压过热阶段 水蒸气定压产生过程中所需的热量：水蒸气定压产生过程中所需的热量：过热热量过热热量(heat of superheating)用焓差表示：用焓差表示：hhq sup00sup)()()(hhhhhhhhqqq
11、l Tsab c de s sx s”s 9-1-3 9-1-3 不同压力下水蒸气定压形成过程的不同压力下水蒸气定压形成过程的 p-vp-v图和图和T-sT-s图图a1a2a3a4b4b2b3b1d4d3d2d1e4e3e2e1CTcrTABpcr0svppcra1a2a3a4b1e1d1b4b3b2d4d3d2e4e3e2BCATcr0).(4092.4,/9.2085,/003106.0,99.373,064.223KkgkJskgkJhkgmvCtMPapcrcrcrcrcr临界点临界点(critical point)下临界线下临界线(saturation liquid line)：不同
12、压力下饱和水状态不同压力下饱和水状态上临界线上临界线(saturation vapor line)：不同压力下干饱和蒸汽状态不同压力下干饱和蒸汽状态液相区液相区(liquid region)汽液两相区汽液两相区(liquid-vapor region)汽相区汽相区(vapor region)未饱和水，饱和水，湿饱和蒸汽，未饱和水，饱和水，湿饱和蒸汽，干饱和蒸汽，过热蒸汽干饱和蒸汽，过热蒸汽2线线3区区5态态1点点是否有是否有400 C的水？的水？0C或或-10 C的水蒸气的水蒸气水的水的p-T相图相图pT液液气气固固水水三相点三相点临界点临界点超流体超流体升华线升华线凝固线凝固线汽化线汽化线a
13、 bcdtptp611.2Pa,273.16KpTcoc3c22.129MPa647.30K (374.15 C)m0.00326kgpTv1.超过临界温度没有液体。超过临界温度没有液体。2.超过临界压力，定压加热过超过临界压力，定压加热过程不存在气化段。（水由不程不存在气化段。（水由不饱和直接到过热）饱和直接到过热）3.Pt图上饱和水的定压吸热过图上饱和水的定压吸热过程为一点（程为一点（c)。（定温过程）。（定温过程）4.低于三相点压力没有液体。低于三相点压力没有液体。5.饱和温度和饱和压力一一对饱和温度和饱和压力一一对应。应。92 水蒸气的状态参数水蒸气的状态参数 9-2-1 9-2-1
14、零点的规定：零点的规定：理想气体和实际气体的不同理想气体和实际气体的不同比较比较选择水的三相点选择水的三相点（273.16K）的的液相水为基准点液相水为基准点。规定该状态下，规定该状态下，液相水的热力学能和熵为零液相水的热力学能和熵为零。即：即：)/(0,/0,/00100021.0,16.273,7.6113KkgkJskgkJukgmvKTTPapptptp焓：焓：0/00061.0/21000001.07.61103kgkJkgmPapvuh 9-2-2 水与水蒸气表水与水蒸气表 (steam tables for water)饱和水与饱和水蒸气饱和水与饱和水蒸气的热力性质表的热力性质表
15、（附表（附表5，6）未饱和水与过热水蒸气未饱和水与过热水蒸气的热力性质表（附表的热力性质表（附表7）按温度排列（附表按温度排列（附表5）按压力排列（附表按压力排列（附表6）粗黑线上方：未饱和水参数粗黑线上方：未饱和水参数 粗黑线下方：过热水蒸气参数粗黑线下方：过热水蒸气参数两种两种饱和水与饱和水蒸气饱和水与饱和水蒸气的热力性质表的热力性质表温度排序温度排序饱和水与饱和水蒸气饱和水与饱和水蒸气的热力性质表的热力性质表压力排序压力排序 1.饱和水和饱和水蒸气饱和水和饱和水蒸气 压力压力温度温度 比体积比体积比焓比焓汽化汽化潜热潜热比熵比熵液体液体蒸汽蒸汽液体液体蒸汽蒸汽液体液体蒸汽蒸汽ptv v
16、hhss0.00106.94910.0010001129.18529.212513.292484.10.10568.9735压力压力ps或温度或温度ts饱和水：已知饱和水：已知 ps/ts，确定，确定 v,h,s,u=h-psv饱和水蒸气：已知饱和水蒸气：已知 ps/ts，确定确定 v,h,s,u”=h”-psv”2.湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽 压力压力温度温度 比体积比体积比焓比焓汽化汽化潜热潜热比熵比熵液体液体蒸汽蒸汽液体液体蒸汽蒸汽液体液体蒸汽蒸汽ptv v hhss0.00106.94910.0010001129.18529.212513.292484.10.10568.9735压力压力ps
17、/温度温度ts，干度干度xwvvmmmxxsxxxxxvphusxsxshxhxhvxvxv )1()1()1(湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽未饱和水与过热水蒸气未饱和水与过热水蒸气的热力性质表的热力性质表 2.未饱和水与过热水蒸气未饱和水与过热水蒸气压力压力p,和温度和温度t8.34222648.916.2688.66392649.732.5669.40802650.3162.956808.23132610.815.3368.55372611.830.7129.29842612.7153.717600.5723167.510.00100798.43662574.028.8549.18232575.21
18、44.475400.296383.870.00100180.296383.870.00100189.05882537.7135.226200.151042.010.00100030.151042.010.00100038.99382519.0130.59810-0.0002-0.040.0010002-0.0002-0050.0010002-0.0002-0.050.0010020shvshvshv温度温度t0.010MPa0.005MPa0.001MPa压力压力p利用水蒸气表，确定下列各点的状态利用水蒸气表，确定下列各点的状态 （1）t=45 C,v=0.00100993 m3/kg;（2）
19、t=200 C,x=0.9;（3）p=0.5 MPa,t=165C;（4）p=0.5 MPa,v=0.545 m3/kg例题例题结论结论判断工质所处状态判断工质所处状态 已知（已知（p,t）查饱和蒸汽图表，确定蒸汽状态。）查饱和蒸汽图表，确定蒸汽状态。)()()(pttpttpttsss未饱和液体状态未饱和液体状态饱和状态，还需再给定干度饱和状态，还需再给定干度x过热蒸汽状态过热蒸汽状态 若已知若已知p(或或 t),及某一比参数及某一比参数 v,h,s,先查饱和蒸汽表先查饱和蒸汽表,确定蒸汽状态。确定蒸汽状态。vvvvvvv 未饱和液体状态未饱和液体状态饱和状态饱和状态过热蒸汽状态过热蒸汽状态
20、再查未饱再查未饱和水和过和水和过热蒸汽表热蒸汽表确定参数确定参数思考思考题题1.临界点时，饱和液体的焓等于干饱和蒸汽的焓。临界点时，饱和液体的焓等于干饱和蒸汽的焓。2.某液体的温度为某液体的温度为T，若其压力大于，若其压力大于T 对应的饱和对应的饱和 压力，则该液体一定处于未饱和液体状态。压力，则该液体一定处于未饱和液体状态。3.干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为（干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为（）。）。4.知道了温度和压力，就可以确定水蒸气的状态。知道了温度和压力，就可以确定水蒸气的状态。5.水蒸气的定温膨胀过程满足水蒸气的定温膨胀过程满足 Q=WQ=W。Tps(T)实际气体实际气体 过热蒸汽过热蒸
21、汽cpcTcTABCACBcTTcTT cpp cpp 3a3b3d3e3c3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e2c2a2b2d2e1c1a1b1d1e1c1a1b1d1eTpvcpTshpvvspvTshvdpdhTdsTTspvTsh水蒸气的绝热过程水蒸气的绝热过程t12whht12whh水蒸气的绝热过程水蒸气的绝热过程t12whht12whh12oi12hhhh水蒸气的定温过程水蒸气的定温过程水蒸气的定温过程水蒸气的定温过程qTdsT stwqh水蒸气的定容过程水蒸气的定容过程水蒸气的定容过程水蒸气的定容过程2022-12-739热机：热机：将热能转换为机械能的将热能转换为机械能的
22、设备。设备。热机的工作循环称为动力循环热机的工作循环称为动力循环。v动力循环：蒸汽动力循环动力循环：蒸汽动力循环 燃气动力循环燃气动力循环2022-12-7402022-12-741水蒸气动力循环系统的简化水蒸气动力循环系统的简化2022-12-7421342pv朗肯循环朗肯循环pv图图12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热2022-12-743朗肯循环朗肯循环Ts和和hs图图2022-12-744朗肯循环功和热的朗肯循环功和热的计算计算 2121,hhws322hhq3443,hhws411hhqswzzg
23、cchhq)(2)(122122122022-12-745朗肯循环热效率的朗肯循环热效率的计算计算,1 2,3 4nett11sswwwqq1213thhhh2022-12-746如何提高朗如何提高朗肯循环肯循环的热效率的热效率1213thhhh2022-12-747 1 6 5 4 29-9-4 4 蒸汽参数对朗蒸汽参数对朗肯循环肯循环热效率的影响热效率的影响1Tt2v2x2022-12-748 1 2蒸汽初温的影响蒸汽初温的影响1Tt2x2v2022-12-749 2乏汽压力乏汽压力的影响的影响2Tt 4 32022-12-7509-5 蒸汽再热循环蒸汽再热循环2022-12-751Ts6
24、5431ba21234再热ba2022-12-752蒸汽再热循环的热效率蒸汽再热循环的热效率Ts65431ba22022-12-753蒸汽再热循环的实践蒸汽再热循环的实践2022-12-754蒸汽再热循环的蒸汽再热循环的定量计算定量计算 114abqhhhh223qhh net12bawhhhhnet12t,RH114()()()()baabwhhhhqhhhhTs65431ba22022-12-7559-6 抽汽回热循环抽汽回热循环2022-12-756蒸汽蒸汽抽汽抽汽回热循环回热循环12361kga45kg(1-)kg2022-12-757回热循环的抽汽量回热循环的抽汽量计算计算以混合式回
25、热器为例以混合式回热器为例热一律热一律a4511hhh 忽略泵功忽略泵功54a4hhhh336hhhha2022-12-758回热循环热效率的回热循环热效率的计算计算吸热量：吸热量：放热量：放热量：RG1aa21whhhh净功：净功：热效率：热效率：6151,1hhhhqRG 6121,1hhhhhhaaRGt32,21hhqRG2022-12-759为什么抽汽为什么抽汽回热热效率提高？回热热效率提高？简单朗肯循环：简单朗肯循环：1a01hht,RGt物理意义：物理意义：kgkg工质工质100%利用利用 1-1-kg kg工质效率未变工质效率未变aaRGthhhhhhhhhhhh1313213
26、132,111113132,1hhhhRGt5511hhhhhhaa2022-12-760蒸汽蒸汽抽汽抽汽回热循环的特点回热循环的特点小型火力发电厂回热级数一般为小型火力发电厂回热级数一般为13级，级，中大型火力发电厂一般为中大型火力发电厂一般为 48级。级。2022-12-761提高循环热效率的途径提高循环热效率的途径2022-12-7629-7 热电联产循环热电联产循环1234给水泵热用户汽轮机过热器锅炉用发电厂作了功用发电厂作了功的蒸汽的余热来的蒸汽的余热来满足热用户的需满足热用户的需要，这种作法称要，这种作法称为为热电联热电联(产产)供供。2022-12-763背压式背压式热电联产循环
27、热电联产循环1234给水泵热用户汽轮机过热器锅炉背压式缺点：背压式缺点：热电互相影响热电互相影响 供热参数单一供热参数单一2022-12-764热电联产循环热电联产循环的经济性评价的经济性评价net1qwKq供热已被利用的能量工质从热源得到的能量nett1wq 只采用热效率只采用热效率 显然不够全面显然不够全面 能量利用系数能量利用系数，但未考虑热和电的品位不同，但未考虑热和电的品位不同 热电联产、集中供热是发展方向，经济环保热电联产、集中供热是发展方向，经济环保人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。
