工程热力学课件 华北电力大学（北京） 动力工程系 工程热物理教研室制作 2005年5月.

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1 工程热力学课件 华北电力大学（北京） 动力工程系 工程热物理教研室制作 2005年5月

2 第七章 水蒸气 steam

3 §7–1 饱和温度和饱和压力 一.汽化和液化(vaporization and liquefaction)
§7–1 饱和温度和饱和压力  Saturated temperature and Saturated pressure 一.汽化和液化(vaporization and liquefaction) 汽化：由液态到气态的过程 蒸发：在液体表面进行 的汽化过程 沸腾：在液体表面及内部进行 的强烈汽化过程。 液化：由气相到液相的过程 3

4 二.饱和状态(Saturated state)
当汽化速度=液化速度时，系统  处于动态平衡，宏观上气、液两相  保持一定的相对数量—饱和状态。 饱和状态的温度—饱和温度，ts(Ts)  饱和状态的压力—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 一一对应，只有一个独立变量，即

5 几个名词： 饱和液(saturated liquid)—处于饱和状态的液体： t=ts
几个名词：  饱和液(saturated liquid)—处于饱和状态的液体： t=ts  未饱和液(unsaturated liquid) —温度低于所处压力下饱和温度的液体：t<ts 干饱和蒸汽(dry-saturated vapor; dry vapor ) —处于饱和状态的蒸汽：t=ts 湿饱和蒸汽(wet-saturated vapor; wet vapor ) —饱和液和干饱和蒸汽的混合物：t=ts 过热蒸汽(superheated vapor) —温度高于饱和温度的蒸汽：t>ts, t–ts=d称过 热度(degree of superheat)。 5

6 使未饱和液达饱和状态的途径：

7 三.干度--dryness x 定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用w或x表示。 （湿度 y=1–x） 饱和液 湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽 1
饱和液 x 湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽 1 7

8 ? 四.克拉贝隆-克劳修斯方程 对于多元（如k个组元）多相（如f个相）元化学反应的热力系，其独立参数，即自由度 n=k–f+2
1.吉布斯相律 例：水在液相（或固相、气相） k=1， f=1，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(triple pint)： ?

9 一些物质的三相点参数

10 分别为汽化潜热(heat of vaporization)、熔解
2.克—克方程 分别为汽化潜热(heat of vaporization)、熔解  热(heat of fusion)和升华热(heat of sublimation)。 分析：1）因γ，λ，σ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。 10

11 §7–2 水定压加热汽化过程 一.水定压加热汽化过程 预热 汽化 过热 t<ts t=ts t=ts t=ts t>ts 11

12 二、水蒸气的p-v图和T-s图 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p-v和T-s图分为三个区域，即液态区(下界线左侧)、湿蒸汽区(饱和曲线内)、汽态区(上界线右侧)。此外，习惯上常把压力高于临界点的临界温度线作为“永久”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(临界点)、二线(上界线、下界线)、三区(液态区、湿蒸汽区、气态区)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、过热蒸汽状态)

13 “一点、两线、三区、五态” 一点： 临界点 上界限线 Critical point 两线 下界限线 未饱和水 饱和水 液 五态 湿蒸汽 三区
一点：  临界点  Critical point 上界限线  下界限线 两线 未饱和水 饱和水 液 五态 湿蒸汽 三区 汽液共存 干饱和蒸汽 汽 过热蒸汽 重要特征：在湿蒸汽区，定温线和定线重合 13

14 §7–3 水和水蒸气状态参数 一.零点规定 在动力工程中水蒸气不宜利用理想气体性质计算 水和水蒸气的状态参数可按不同区域，由给出的独立
§7–3 水和水蒸气状态参数 在动力工程中水蒸气不宜利用理想气体性质计算 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。 规定：三相点液态水热力学能及熵为零 一.零点规定 可近似为零

15

16 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：
二.未饱和水（t，p） 查图表或由专用程序计算 压力不太高时，可近似 三.饱和水和饱和水蒸气(ps和ts)  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： 16

17 四.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。

18 五.湿饱和蒸汽 由ts（或ps）与x共同确定：

19 §7–4 水蒸气表和图 19

20 利用水蒸气表计算  1.已知ts=70℃,求ps、h/、h// 2.已知ps=2.5MPa，求ts、 h/、h// 3.已知t=180 ℃ ，p=0.5MPa,判断蒸汽的状态，并求h 4.已知ps=0.1MPa，x=0.8，求t、h 5.已知p=10MPa，t=526 ℃，求h、s 6.已知p=16.7MPa，t=543 ℃，求h 7.某火电机组，乏汽压力为0.005MPa,干度x=0.85，流量为300t/h，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7 ℃，循环水的比热为4.1868kJ/(kg.k)，求循环水的流量。 8.在炉子上将一壶水有20 ℃烧开需要15分钟，问把这壶水烧干还需要多长时间？

21 二.水蒸气的焓—熵（h-s）图 1）定压线群 湿蒸汽区，T=Ts，直线 过热蒸汽区，斜率随T增  大而增大 21

22 2）定温线群 湿蒸汽区： 直线，与等压线重合 过热蒸汽区： p s T v 等温线较等压线平坦，  低压时趋于水平。

23 3）等容线群 等容线比等压线陡 4）等干度线

24 利用焓熵图表计算  1.已知p=10MPa，t=530 ℃，求h、s 2.已知ps=0.1MPa，x=0.8，求t、h 3.已知t=180 ℃ ，p=0.5MPa,判断蒸汽的状态，并求h 4 p1=12MPa,t1=520 ℃,经绝热节流，p2=5MPa,求t2=? 5.设蒸汽在汽轮机内可逆绝热膨胀， p1=14MPa,t1=520 ℃,乏汽压力为p2=10kPa,蒸汽流量为100t/h，求汽轮机的功率？ 6. 某火电机组，乏汽压力为0.006MPa,干度x=0.85，流量为290t/h，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，设循环水的流量为9800t/h，循环水的比热为4.1868kJ/(kg.k)，求循环水的温升?

25 §7–5 水蒸气的基本过程 一.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：

26 二.定压过程

27 ? 三.定熵过程 注意：水蒸气 为经验数字 其中 过热蒸汽 κ=1.3 饱和蒸汽 κ =1.135 或 湿蒸汽 κ =1.035+0.1x
过热蒸汽 κ=1.3 饱和蒸汽 κ =1.135 或 湿蒸汽 κ = x 水蒸气 ?

28 四.定体积过程 思考： 定容加热时x如何变化？ v<vc时，定容加热x下降 v>vc时，定容加热x上升

29 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100ºc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： 1）查表

30 因为饱和水汽化过程 2）由闭口系熵方程

31 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2 p=0.004MPa 相对容积变化率