1,第5章 水蒸氣,華中農(nóng)業(yè)大學工學院,Charpter 5 Water Vapour,2,主要內(nèi)容,5.1 基本知識 5.2 水蒸氣的定壓發(fā)生過程 5.3 水蒸氣的狀態(tài)參數(shù) 5.4 水蒸氣表和焓熵圖 5.5 水蒸氣的熱力過程 5.6 本章小結(jié),3,基本要求,1、掌握有關(guān)蒸氣的各種術(shù)語及其意義。例如：汽化、凝結(jié)、飽和狀態(tài)、飽和蒸氣、飽和液體、飽和溫度、飽和壓力、三相點、臨界點、汽化潛熱等。 2、了解蒸氣定壓發(fā)生過程及其在和圖上的一點、二線、三區(qū)和五態(tài)。 3、了解蒸氣圖表的結(jié)構(gòu)，并掌握其應用。 4、掌握蒸氣熱力過程的熱量和功量的計算。,4,5.1 基本知識,沸騰：在液體表面和內(nèi)部同時進行的劇烈汽化現(xiàn)象。,沸點：液體沸騰時的溫度，ts。,蒸發(fā)：在液體表面上的汽化過程。,5.1.1 汽化和液化(vaporization and liquefaction),汽化(vaporization）：物質(zhì)由液態(tài)變成氣態(tài)的物理過程（無化學變化）。,液化（liquefaction）：由蒸汽變成液體的過程。,5,5.1.2 飽和狀態(tài)(saturated state),當汽化速度 = 液化速度時，系統(tǒng)處于動態(tài)平衡；宏觀上氣、液兩相保持一定的相對數(shù)量飽和狀態(tài)。,飽和狀態(tài)時蒸氣和液體的溫度為飽 和溫度，ts(Ts) ；壓力為飽和壓力，ps。,對閉口系統(tǒng)加熱，使溫度升高為 t，并保持定值，系統(tǒng)建立新的動態(tài)平衡。與之對應，p變成ps。 故ts、ps一一對應，只有一個獨立變量，即ts = f( ps )。,6,水的飽和溫度和飽和壓力之間關(guān)系,7,飽和蒸氣(saturated vapor)：處于飽和狀態(tài)的蒸氣，t = ts。 飽和液(saturated liquid)：處于飽和狀態(tài)的液體，t = ts。 濕飽和蒸氣、濕蒸氣(wet-saturated vapor; wet vapor )：飽和蒸氣和飽和液體的混合物，t = ts。 干飽和蒸氣、干蒸氣(dry-saturated vapor; dry vapor )：不含有飽和液體的飽和蒸氣，t = ts。 過熱蒸氣(superheated vapor)：溫度高于壓力所對應的飽和溫度的蒸氣，t ts。,5.1.3 幾個名詞,8,使未飽和液達到飽和狀態(tài)的途徑：,過熱度(degree of superheat)：過熱蒸氣的溫度和其壓力所對應的飽和溫度之差，d = t - ts。 未飽和液體(unsaturated liquid)：溫度低于所處壓力下飽和溫度的液體，t ts。,9,5.1.4 干度,干度：濕蒸氣中飽和蒸氣所占的質(zhì)量百分比，x。,描述濕蒸氣確切狀態(tài)的參數(shù)，表示濕蒸氣的成分。,mf ：濕蒸汽中所含的飽和水的質(zhì)量； mg ：濕蒸汽中所含的飽和蒸汽的質(zhì)量。,x = 0，飽和水； 0 x 1，濕蒸氣； x = 1，干飽和蒸汽。,10,5.2 水蒸氣的定壓發(fā)生過程,5.2.1 水蒸氣的定壓發(fā)生過程,水預熱,汽化,過熱,t ts,t = ts,t = ts,t = ts,t ts,11,水的定壓預熱階段,未飽和水（過冷水）,飽和水,12,5.2 水蒸氣的定壓發(fā)生過程,5.2.1 水蒸氣的定壓發(fā)生過程,水預熱,汽化,過熱,t ts,t = ts,t = ts,t = ts,t ts,13,飽和水的定壓汽化階段,飽和水,干飽和蒸汽,濕飽和蒸汽,14,5.2 水蒸氣的定壓發(fā)生過程,5.2.1 水蒸氣的定壓發(fā)生過程,水預熱,汽化,過熱,t ts,t = ts,t = ts,t = ts,t ts,15,干飽和蒸汽的定壓過熱階段,干飽和蒸汽,過熱蒸汽,16,5.2.2 水定壓加熱汽化過程的 p v 圖及 T - s 圖,水定壓加熱汽化過程p-v圖及T-s圖,17,水蒸汽定壓加熱汽化三相示意圖,18,一點：臨界點,兩線：上界限線(干飽和蒸汽線)、下界限線(飽和水線)；,三區(qū)：液相區(qū)、汽液兩相共存區(qū)、汽相區(qū)；,五態(tài)：未飽和水、飽和水、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽、 過熱蒸汽。,規(guī)律： 一點、兩線、三區(qū)、五態(tài),19,5.2.3 確定五態(tài)時所需獨立狀態(tài)參數(shù)歸納,未飽和水,過熱蒸汽,飽和水,干飽和蒸汽,濕飽和蒸汽,需 p 和 t 兩個參數(shù),需 p 和 x 或 ts 和 x 兩個參數(shù),只需 p 或 ts 任一個參數(shù),x = 0，飽和水； 0 x 1，濕蒸氣； x = 1，干飽和蒸汽。,20,5.3 水蒸氣的狀態(tài)參數(shù),水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)可按不同區(qū)域，由給出的獨立狀態(tài)參數(shù)通過實際氣體狀態(tài)方程及其他一般關(guān)系式計算（通常由計算機計算）或查圖表確定。,在動力工程中水蒸氣不宜利用理想氣體性質(zhì)計算。,21,零點規(guī)定：三相點時液態(tài)水的熱力學能及熵為零。,三相點處液態(tài)水的焓可近似為零,5.3.1 零點規(guī)定,22,5.3.2 未飽和水的狀態(tài)參數(shù)確定,根據(jù)壓力和溫度從未飽和 水和過熱蒸汽表中查得比體積、焓、熵，或由專用程序計算。,當壓力不太高時，可近似,23,5.3.3 飽和水和干飽和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)確定,根據(jù)壓力（或溫度）從飽和水和飽和水蒸氣表中直接查得飽和溫度、比體積、焓、密度、熵、以及汽化潛熱等，或由專用程序計算。,5.3.4 過熱蒸汽的狀態(tài)參數(shù)確定,根據(jù)壓力和溫度從未飽和水和過熱蒸汽表中查得比體積、焓、熵，或由專用程序計算。 由于cp變化復雜，過熱蒸汽不可用類似未飽和水的近似公式進行計算。,24,5.3.5 濕飽和蒸汽的狀態(tài)參數(shù)確定,由 ts （或 ps ）與 x 共同確定：,未飽和水 濕飽和蒸汽 過熱蒸汽,25,5.4 水蒸氣表和焓熵圖,5.4.1 水蒸氣表,26,27,5.4.2 水蒸氣的焓-熵( h s )圖,圖中C為臨界點，CA為x=0的下界線（即飽和水線），CB為x=1的上界線（即干飽和蒸汽線）。ACB線的下面為濕蒸汽區(qū)，曲線CB的右上方為過熱蒸汽區(qū)。,28,1、定壓線群,29,2、定溫線群,濕蒸汽區(qū)：,濕蒸汽區(qū)定溫線與等壓線重合。,過熱蒸汽區(qū)：,等溫線較等壓線平坦，低壓時趨于水平。,30,3、定容線群,等容線比等壓線陡。,31,150的液態(tài)水放在一密封容器內(nèi)，試問水可能處于什么壓力？,解：查飽和蒸汽表1 t1 = 150c 時，ps = 0.47571 MPa 因此水可能處于 p 0.47571 MPa， 若 p 0.47511 MPa 則容器內(nèi)150c的水必定要變成過熱汽。,例題5-1,32,已知：水蒸氣的壓力為p=0.5MPa，比體積v=0.35m3/kg。 問：這是不是過熱蒸汽？如果不是，那么是飽和蒸汽還是濕蒸汽？用水蒸氣表求出其他參數(shù)。,解：利用水蒸氣表，p = 0.5 MPa 時,所以該水蒸氣不是過熱蒸汽而是飽和濕蒸汽。,例題5-2,33,冷凝器中，蒸汽壓力為4kPa，x=0.95，試求vx，hx，sx的值；若此蒸汽凝結(jié)為水，試求其容積變化率。,解：查飽和蒸汽表2 p=0.004MPa,相對容積變化率,例題5-3,34,5.5 水蒸氣的熱力過程,5.5.1 基本公式,水蒸氣熱力過程中狀態(tài)參數(shù)確定查圖表或?qū)Ｓ贸绦蛴嬎恪?計算功、熱量的依據(jù)：,35,（1）熱力過程分析依據(jù)為熱力學第一定律與熱力學第二定律。,（2）理想氣體特有的性質(zhì)和表達式不能用于水蒸汽的熱力過程分析。,對于可逆過程：,注意與理想氣體過程的區(qū)別：,對于不可逆過程：,36,（1）根據(jù)已知初態(tài)的兩個獨立參數(shù)，在h-s圖上(或水 蒸氣表上)找到代表初態(tài)的點，并查出其他各參數(shù)值。 （2）根據(jù)過程條件(定容、定壓、定溫、定熵)和終態(tài) 的一個參數(shù)值，找到終態(tài)的點，并查出終態(tài)的其他參數(shù)值。 （3）計算工質(zhì)與外界交換的能量，即q、w等。通常根 據(jù)過程特征及熱力學第一定律表達式，得到各過程的結(jié)果。,水蒸氣熱力過程分析步驟：,37,5.5.2 水蒸氣的定容熱力過程,38,5.5.3 水蒸氣的定壓熱力過程,39,5.5.4 水蒸氣的定溫熱力過程,40,5.5.5 水蒸氣的定熵熱力過程,41,汽缸-活塞系統(tǒng)內(nèi)有0.5kg，0.5MPa，260的水蒸氣。 試確定缸內(nèi)蒸汽經(jīng)可逆等溫膨脹到0.2MPa作的功與熱量。,解：查過熱蒸汽表，,p2= 0.20MPa，t2= 260 時,例題5-4,p1= 0.5MPa，t1= 260 時,