会计学1工程热力学工程热力学 水蒸气性质水蒸气性质(xngzh)和蒸汽动和蒸汽动力循环力循环第一页，共43页水蒸气在空气中含量(hnling)极小，当作理想气体一般情况下，为实际气体，使用(shyng)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，传热性能好第1页/共42页第二页，共43页p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p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p其热力过程的计算分析(fnx)也只能依据热力学基本定律和热力性质图表进行第2页/共42页第三页，共43页气体(qt)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(qhu)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 第3页/共42页第四页，共43页饱和状态：汽化(qhu)与凝结的动态平衡饱和(boh)温度Ts饱和压力ps一一对应放掉一些(yxi)水，Ts不变， ps？Tspsps=1.01325barTs=100 西藏ps=0.6barTs=85.95 高压锅ps=1.6barTs=113.32 第4页/共42页第五页，共43页。
ppTT液液气气固固水一般(ybn)物质三相点A三相点临界点C临界点流体(lit)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第5页/共42页第六页，共43页定压过热过程定压过热过程第6页/共42页第七页，共43页t tsv vv = vv = vv v v未饱和(boh)水饱和(boh)水饱和湿蒸汽饱和干蒸汽过热蒸汽h hh = hh = hh h hs ss = ss = ss s s定压预热定压汽化定压过热第7页/共42页第八页，共43页p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(tiojin)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p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tsp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p低于饱和温度的水称为未饱和水（或过冷水）第8页/共42页第九页，共43页。
00dstpqcthh水的液体(yt)热随压力提高而增大第9页/共42页第十页，共43页p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(chnshng)蒸汽沸腾时温度保持不变，仍为饱和温度tsp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，简称为湿蒸气p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p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(qhu)阶段第10页/共42页第十一页，共43页 )srT sshh第11页/共42页第十二页，共43页vvwmxmm干度：wvwmymm湿度：第12页/共42页第十三页，共43页如果(rgu)有1kg湿蒸气，干度为x, 即有xkg饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水1)axax a(1)(1)(1)hxhx hvxvx vsxsx saaxaa已知p或T(h,v,s,h,v,s) 干度xh ,v ,s第13页/共42页第十四页，共43页p对于(duy)饱和蒸汽继续加热，蒸汽的温度升高，比体积增加、熵值也增加，如图1”-1所示。
p由于此阶段的蒸汽温度高于同压下的饱和温度，故称为过热蒸汽p过热蒸汽的温度与同压下饱和温度之差D=t-ts,称为过热度p在这一阶段所吸收的热量称为过热热量p q”=h-h” 式中h为过热蒸汽的焓在T-s图上过程线1”-1下方(xi fn)阴影线的面积即为q”3. 水蒸气的定压过热(u r)过程第14页/共42页第十五页，共43页如果改变压力，再次考察水在定压下的蒸汽发生过程，可以得到类似的三个阶段，其饱和压力随着压力提高而提高压力一定，饱和温度一定，反之亦然，对应饱和温度的压力称为饱和压力，用 表示提高压力后定压下的蒸汽发生过程，除饱和温度提高外，其汽化阶段的 和 值减少，因此汽化热值随压力提高而减少当压力提高到22.064MPa时， ，此时 ， ，sp vv ss 99.373 st0vv0ss第15页/共42页第十六页，共43页即饱和水和饱和蒸汽不再有区别，成为一个状态点，称为临界状态或临界点，如图C所示，临界状态的参数称为临界状态参数，如临界压力 和临界温度 等临界状态的出现说明，当压力提高(t go)到临界压力时，汽化过程不再存在两相共存的湿蒸气状态，而是在温度达到临界温度时，液体连续地由液态变为汽态，即汽化过程缩短为一点，汽化在一瞬间完成。
压力再提高(t go)时也如此，在临界温度时瞬间变为汽态由此可知，只要工质的温度大于临界温度，不论压力多高，其状态均为汽态,将 的气体称为永久气体CpCtCtt 第16页/共42页第十七页，共43页cpcTcTcTTcTT cpp cpp 3a3b3d3e3c3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e2c2a2b2d2e1c1a1b1d1e1c1a1b1d1eTs水蒸气的压容图、温熵图和焓熵图pvcpA1A2CA1A2C第17页/共42页第十八页，共43页 连接图p-v和图T-s上不同压力下的饱和水状态1、2、3和临界点C所得曲线称为饱和水线（或下界线），连接图p-v和图T-s上不同压力下的干饱和蒸汽状态1”、2” 、3”和临界点C所得曲线称为饱和蒸汽线（或上界线）两线合在一起称为饱和线饱和线将两图分成三个区域：水区(shu q)（下界线左侧）、湿蒸汽区（又称两相区或饱和区，上下界线之间）和过热蒸汽区（上界线右侧）水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水、饱和水、湿蒸气、干饱和蒸汽和过热蒸汽第18页/共42页第十九页，共43页一点(y din)： 临界点 Critical Point两线饱和(boh)液体线 饱和(boh)蒸汽线三区水区(shu q)饱和区过热水蒸气区五态未饱和水饱和水湿蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽一点，二线，三区，五态第19页/共42页第二十页，共43页。
qTdsdhvdpp0hTsCCp0hTsC点为分界点，不在极值点上第20页/共42页第二十一页，共43页第21页/共42页第二十二页，共43页气相区：离饱和(boh)态越远，越接近于理想气体两相区：T、p一一对应，T 线即 p 线在x=0, x=1之间，从C点出发(chf)的等分线同理想气体一样， v 线比 p 线陡4、定温线 T5、等容线v6、等干度线x第22页/共42页第二十三页，共43页第23页/共42页第二十四页，共43页水蒸气热力(rl)性质表(两类)2、未饱和(boh)水和过热蒸汽表1、饱和(boh)水和干饱和(boh)蒸汽表7-3 水蒸气图表第24页/共42页第二十五页，共43页第25页/共42页第二十六页，共43页第26页/共42页第二十七页，共43页原则上可任取零点(ln din)，国际上统一规定但 原则上不为0， 对水： pvuh3m611.6 0.00100021apPvkg00006. 06 . 0kgkJkgJpvuh 表依据1963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IFC（国际公式化委员会）1967和1997年先后发表了分段拟合的水和水蒸气热力性质公式，但工程上还主要(zhyo)依靠图表。
焓、热力学能、熵零点的规定：水的三相点T=273.16K,p=611.66Pa时，u=0,s=0第27页/共42页第二十八页，共43页7-4 水蒸气的热力过程 蒸气热力过程的分析(fnx)与计算只能利用热力学第一定律和第二定律的基本方程，以及蒸气热力性质图表其一般步骤如下： （1）由已知初态的两个独立(dl)参数，在蒸气热力性质图表上查算出其余各初态参数之值； （2）根据(gnj)过程特征和终态的一已知参数，由蒸气热力性质图表查取终态状态参数值； （3）由查算得到的初、终态参数，应用热力学第一定律和第二定律的基本方程计算q、 、 、 和 等)(twwh u gs 第28页/共42页第二十九页，共43页1定容过程(guchng)0vw 22112121()()()()vquhp vhp vhhpp v ,21()t vwv pp第29页/共42页第三十页，共43页2定压过程 蒸气的加热(ji r)（如锅炉中水和水蒸气的加热(ji r)）和冷却（如冷凝器中蒸气的冷却冷凝）过程，在忽略流动压损的条件下均可视为定压过程当可逆时有2211()pwpdvp vv21pqhhh ,0t pw第30页/共42页第三十一页，共43页。
3定温过程(guchng)2121212 21 1()()()()TTwquuT sshhp vpv21()TqT ss,212121()()()t TTwqhhT sshh第31页/共42页第三十二页，共43页4绝热过程 蒸气(zhn q)的膨胀（如水蒸气(zhn q)经汽轮机膨胀对外作功）和压缩（如制冷压缩机中对制冷工质的压缩）过程，在忽略热交换的条件下可视为绝热过程，有0 quw hwt 在可逆条件(tiojin)下是定熵过程 s=0 第32页/共42页第三十三页，共43页简化(jinhu)（理想化）12 蒸汽轮机 s 膨胀23 凝汽器 p 放热30 水泵 s 压缩01 锅炉 p 吸热凝汽器锅炉蒸汽轮机发电机水泵1新汽2乏汽30过热器第33页/共42页第三十四页，共43页1302pv12 汽轮机 s 膨胀23 凝汽器 p 放热30 给水泵 s 压缩01 锅炉 p 吸热第34页/共42页第三十五页，共43页0321Tshs132012 汽轮机 s 膨胀23 凝汽器 p 放热 30 给水泵 s 压缩01 锅炉 p 吸热第35页/共42页第三十六页，共43页hs1320汽轮机作功,1 212Twhh凝汽器中的定压放热量(rling)322hhq水泵(shubng)绝热压缩耗功,3 003Pwhh锅炉中的定压吸热量110qhh第36页/共42页第三十七页，共43页。
1 2,3 0nett11TPwww一般(ybn)很小，占0.81%，有时忽略泵功 1203231010()()1thhhhhhhhhh hs1320第37页/共42页第三十八页，共43页汽机相对(xingdu)内效率21 21hhhhT汽轮机理论做功汽轮机实际做功sT32 210第38页/共42页第三十九页，共43页3210T1T1sT121mT1mT 7-6 蒸汽参数对朗肯循环(xnhun)热效率的影响第39页/共42页第四十页，共43页s32011TT11mT2 7-6 蒸汽参数对朗肯循环(xnhun)热效率的影响1mT第40页/共42页第四十一页，共43页1032ss1s3s3T0T1T230 7-6 蒸汽参数对朗肯循环(xnhun)热效率的影响第41页/共42页第四十二页，共43页感谢您的观看(gunkn)第42页/共42页第四十三页，共43页。