5第五章-水蒸气与蒸汽动力循环课件.ppt

1、第一节第一节 水蒸气的定压发生过程水蒸气的定压发生过程一、基本概念一、基本概念1.汽化汽化汽化过程是吸热过程。汽化过程是吸热过程。2.凝结凝结物质由气态转变为液态的过程称为凝结。物质由气态转变为液态的过程称为凝结。液态物质液态物质(放热放热)凝结凝结(吸热吸热)汽化汽化气态物质气态物质 汽相空间蒸汽分子越多，蒸汽压力越大，凝结速度汽相空间蒸汽分子越多，蒸汽压力越大，凝结速度越快。越快。ss()pf t3.饱和状态饱和状态 动态平衡动态平衡的状态就称为的状态就称为饱和状态饱和状态。饱和蒸汽饱和蒸汽饱和液体饱和液体在饱和状态下在饱和状态下,有有:饱和温度和饱和压力一一对应。饱和温度和饱和压力一一对

2、应。4.干度干度 wvvmmmx饱和液体和饱和饱和液体和饱和蒸汽的混合物蒸汽的混合物干度干度x的取值范围为的取值范围为01。x 0，饱和液体饱和液体0 x1，湿湿(饱和饱和)蒸汽蒸汽x 1，干饱和蒸汽干饱和蒸汽 引入干度引入干度x可确定湿蒸汽中所含饱和液体和饱和蒸汽的可确定湿蒸汽中所含饱和液体和饱和蒸汽的 量，或确定湿蒸汽的状态。量，或确定湿蒸汽的状态。ptts v ptts v0 pts v pts vx pts v(,)v h s(,)v h s abcderhhst tstt预热阶段预热阶段汽化阶段汽化阶段过热阶段过热阶段临界点临界点C饱和水线饱和水线(x 0)、饱和蒸汽线饱和蒸汽线(x

3、 1）末饱和水区、汽液两相共存区、过热蒸汽区末饱和水区、汽液两相共存区、过热蒸汽区末饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽末饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽一点一点二线二线三区三区五态五态 在临界点在临界点C汽液两相差异完全消失，汽液相变将在瞬间完成。汽液两相差异完全消失，汽液相变将在瞬间完成。在临界温度以上不能用压缩的方法使蒸汽液化。在临界温度以上不能用压缩的方法使蒸汽液化。例例5-1 10kg水处于水处于0.1MPa下时饱和温度下时饱和温度ts 99.634，当压力不变时，（当压力不变时，（1）若其温度变为）若其温度变为120处于何种状态？处于何种状态？（2）若测得）若测

4、得10kg工质中含蒸汽工质中含蒸汽4kg，含水，含水6kg则又处于何种则又处于何种状态？此时的温度与干度应为多少？状态？此时的温度与干度应为多少？解：解：（1）因）因t 120，ts99.634，tts，此时处于过，此时处于过热蒸汽状态。其过热度为：热蒸汽状态。其过热度为：ts t ts 120 99.634 20.366（）（2）10kg工质中既含有蒸汽又含有水，处于汽、液共存状工质中既含有蒸汽又含有水，处于汽、液共存状态，为湿蒸汽，其温度为饱和温度态，为湿蒸汽，其温度为饱和温度t ts 99.634，其干度为，其干度为 4.0644wvvmmmx第二节第二节 水蒸气表和图水蒸气表和图工程上

5、将水基准点的工程上将水基准点的焓视为零已足够精确焓视为零已足够精确 水蒸气不同于理想气体，其参数通过实验和分析的方法求得，水蒸气不同于理想气体，其参数通过实验和分析的方法求得，列成数据表或绘成线算图，以供工程计算查用。列成数据表或绘成线算图，以供工程计算查用。一、零点的规定一、零点的规定 水蒸气图表选定水蒸气图表选定水的三相点水的三相点（即（即273.16K的液相水）的液相水）作为基准点，规定在该点的液相水的作为基准点，规定在该点的液相水的u、s值为零值为零,此时有此时有t00.01 C，p0611.659Pa，v 00.001000213k，u 0=0kJ/kg；s 0=0kJ/（kg K）

6、0 u 0 p0 v 0 0.611Jkg0 kJkg 制冷剂蒸气图表常将制冷剂蒸气图表常将零点规定于零点规定于0以下以下二、水和水蒸气表二、水和水蒸气表饱和水与饱和蒸汽表饱和水与饱和蒸汽表（附表附表6）按温度排列（按温度排列（附表附表4）按压力排列（按压力排列（附表附表5）湿蒸汽参数的确定湿蒸汽参数的确定:)()1(vvxvvxvxvx xrhhhxhhxhxhx )()1(Trxsssxssxsxsx )()1(xxxpvhu参数右上角加参数右上角加“”表示表示饱和液体饱和液体参数，加参数，加“”表示表示饱和蒸汽饱和蒸汽参数参数p ps，t ts 例例5-2 试判断下列情况下水处于什么状态

7、，并确定其试判断下列情况下水处于什么状态，并确定其它各参数的值。（它各参数的值。（1）p 0.1MPa，t 50；（；（2）p 0.5MPa，t 200；（；（3）p 0.8MPa，v=0.22m3/kg；（；（4）p 1MPa，t 179.916。解：解：（1）查附表）查附表5，p 0.1MPa，ts 99.634。而。而tts，故第一种情况为未饱和水状态。查附表故第一种情况为未饱和水状态。查附表6，当，当p 0.1MPa，t 50时用线性插值法求得未饱和水的其它参数为时用线性插值法求得未饱和水的其它参数为v 0.00101245m3/kg，h 209.405kJ/kg，s 0.70175k

8、J/（kg K），），u h pv 209.405 0.1 103 0.00101245 209.304（kJ/kg）（2）查附表）查附表5，p 0.5MPa，ts 151.867，而，而tts，故，故第二种情况为过热水蒸气状态。查附表第二种情况为过热水蒸气状态。查附表6，当，当p 0.5MPa，t 200时，过热水蒸气的其它参数为时，过热水蒸气的其它参数为v 0.42487m3/kg，h 2854.9kJ/kg，s 7.0585kJ/（kg K），），u h pv 2854.9 0.5 103 0.42487 2642.465（kJ/kg）（3）查附表）查附表5，当，当p 0.8MPa时，时

9、，v 0.0011148m3/kg，v0.24037m3/kg；h 721.2kJ/kg，h2768.86kJ/kg；s 2.0464kJ/（kg K），），s6.6625kJ/（kg K）因为因为v 0.22m3/kg，介于饱和水与干饱和水蒸气之间，即，介于饱和水与干饱和水蒸气之间，即 v vv，故第三种情况为湿蒸汽状态。故第三种情况为湿蒸汽状态。由式由式 可得干度可得干度该状态下的其它参数为该状态下的其它参数为 tx ts 170.444 hx h+x（hh）721.2+0.915（2768.68 721.2）2594.64（kJ/kg）sx s+x（ss）2.0464+0.915（6.6

10、625 2.0464）6.2701kJ/（kg K）ux hx pvx 2594.64 0.8 103 0.22 2418.64（kJ/kg）（4）查附表）查附表5，p 1MPa，ts 179.916，t ts。故第四。故第四种情况是饱和状态，但无法确定是饱和水，干饱和水蒸种情况是饱和状态，但无法确定是饱和水，干饱和水蒸气还是湿蒸汽，其余参数也无法确定。气还是湿蒸汽，其余参数也无法确定。915.00011148.024037.00011148.022.0 vvvvxx)(vvxvvx 三、水蒸气的焓熵图三、水蒸气的焓熵图欲获得水蒸汽的状态参数欲获得水蒸汽的状态参数,可查可查水蒸气表水蒸气表水蒸

11、气的焓熵图水蒸气的焓熵图(莫里尔图莫里尔图)方便、直观方便、直观,但不够精确但不够精确精确度高精确度高,但往往不但往往不太方便、且不直观太方便、且不直观定焓线定焓线h定熵线定熵线s工程上常用蒸汽为工程上常用蒸汽为图中方框部分图中方框部分(附图附图1)P4P3P1P212=1t1t2t3t4v1v2v3oSh=0c四、水蒸气的基本热力过程四、水蒸气的基本热力过程水蒸气的热力过程分析计算水蒸气的热力过程分析计算步骤步骤：（1）根据已知初态的两个独立参数，在图上（或水蒸气）根据已知初态的两个独立参数，在图上（或水蒸气表上）找到代表初态的点，并查出其它初态参数值。表上）找到代表初态的点，并查出其它初态

12、参数值。（2）根据过程条件（沿定压线、定容线、定温线、定熵）根据过程条件（沿定压线、定容线、定温线、定熵线）和终态的一个参数值。找到终态的点，并查出终态的其线）和终态的一个参数值。找到终态的点，并查出终态的其它参数值（见图它参数值（见图5-4）。）。（3）根据已求的初、终态参数，应用热力学第一和第二）根据已求的初、终态参数，应用热力学第一和第二定律等基本方程计算工质与外界传递的能量，即定律等基本方程计算工质与外界传递的能量，即q，w等。等。21()wp vv工程计算中最常遇到工程计算中最常遇到.如水在锅炉中如水在锅炉中吸热形成水蒸气的过程吸热形成水蒸气的过程;水蒸气通过水蒸气通过各种换热器进行

13、热交换的过程各种换热器进行热交换的过程忽略流动阻力忽略流动阻力等不可逆因素等不可逆因素12hhhq121212vvphhuuu0dtpvwuqw或或12:定压吸热膨胀升温定压吸热膨胀升温21:定压放热被压缩降温定压放热被压缩降温12过程过程:定容吸热升压升温，定容吸热升压升温，吸收的热量全部转化为热力学能吸收的热量全部转化为热力学能0dvpw21tdppvpvwvpphhuuuq12121212过程过程:定温膨胀定温膨胀;蒸汽状态由湿蒸汽变为干蒸汽状态由湿蒸汽变为干饱和蒸汽饱和蒸汽,再变为过热蒸汽再变为过热蒸汽12ssTq112212vpvphhuuqw 1212thhssThqw忽略散热及忽

14、略散热及不可逆因素不可逆因素0q11221212vpvphhuuuuw21thhhw对过热蒸汽，经绝热对过热蒸汽，经绝热膨胀，过热度减小，膨胀，过热度减小，变为干饱和蒸汽。若变为干饱和蒸汽。若继续膨胀，则变为湿继续膨胀，则变为湿蒸汽，同时干度会随蒸汽，同时干度会随之减小。之减小。工程计算中最常遇到工程计算中最常遇到.如水蒸气如水蒸气通过汽轮机膨胀而对外作功；又通过汽轮机膨胀而对外作功；又如水蒸气通过喷管的过程等如水蒸气通过喷管的过程等hS12=12t2P1P2t1(a)可逆绝热过程hSs2s1P1t112=12t2P2 例例5-3 水蒸气在水蒸气在0.2MPa压力下从压力下从150定压加热到定

15、压加热到250，试求，试求1kg水蒸气的吸热量、所作的膨胀功及热力学能增量。水蒸气的吸热量、所作的膨胀功及热力学能增量。解：解：在在h-s图上，由图上，由p 0.2MPa的定压线与的定压线与t1 150的定温的定温线相交得初状态点线相交得初状态点1，与，与t2 250的定温线相交得终状态点的定温线相交得终状态点2，如图如图5-6所示。查得所示。查得 h1=2772kJ/kg，v1=1m3/kg h2=2973kJ/kg，v2=1.22m3/kg吸热量吸热量 （kJ/kg）膨胀功膨胀功 （kJ/kg）热力学能增量热力学能增量 （kJ/kg）2012772297312hhq44122.1102.0

16、)(312vvpw15744201wqu 例例5-4 水蒸气由压力水蒸气由压力p1 1MPa，温度，温度t1 300，可逆绝热，可逆绝热膨胀至膨胀至0.1MPa，试求，试求1kg水蒸气所作的膨胀功和技术功。（分水蒸气所作的膨胀功和技术功。（分别用别用h-s图和水蒸气表计算）图和水蒸气表计算）解：解：（1）用）用h-s图计算在图计算在h-s图上，由图上，由p1 1MPa的定压的定压线与线与t1 300的定温线相交得点的定温线相交得点1，如图，如图5-4（d）所示。查得）所示。查得 h1 3050kJ/kg，v1 0.26m3/kg并求得并求得 u1 h1 p1v1 3050 1 103 0.26

17、 2790（kJ/kg）过点过点1作定熵线与作定熵线与p2 0.1MPa的定压线相交得点的定压线相交得点2，查得，查得 h2 2590kJ/kg，v2 1.65m3/kg求得求得 u2 h2 p2v2 2590 0.1 103 1.65 2425（kJ/kg）故膨胀功和技术功为故膨胀功和技术功为 （kJ/kg）（kJ/kg）3652425279021uuw4602590305021thhw（2 2）用蒸气表计算）用蒸气表计算 根据根据p1 1 1 1MPa、t1 1 300300，查附表，查附表6 6未饱和水和过热蒸汽表，得未饱和水和过热蒸汽表，得 h h1 1 3050.43050.4 kJ

18、/kg，v1 1 0.257930.25793m3 3/kg，s1 1 7.12167.1216kJ/（kg K）所以所以 u1 1 h1 1 p1 1v1 1 3050.4 1 1 10103 3 0.25793 2792.5（kJ/kg）根据终压根据终压p2 2 0.10.1MPa，查，查附表附表5 5按压力排列的饱和水与饱和按压力排列的饱和水与饱和水蒸气水蒸气表，得表，得 t ts s 99.634；v 0.00104320.0010432m3 3/kg，v v 1.6943.6943m m3 3/kg；h 417.52417.52kJ/kg/kg，h h 2675.142675.14k

19、J/kg/kg；s s 1.30281.3028kJ/（kg K），），s 7.35897.3589kJ/（kg K）故 )(ssxssx 96.03028.13589.73028.11216.722 ssssx3.3702.24225.279221uuw6.4658.25844.305021thhw故故 h2 2 h+x2 2(hh)417.52417.52+0.960.96(2675.142675.14 417.52)417.52)2584.884.8（kJ/kg/kg）v v2 2 v+x2 2(vv)0.00104320.0010432+0.960.96(1.6943 0.0010432)0.0010432)1.6266.6266（m m3 3/kg）u u2 2 h2 2 pv2 2 2584.84 0.10.1 103 1.6266 2422.2（kJ/kg）故膨胀功和技术功为故膨胀功和技术功为（kJ/kg）（kJ/kg）因为因为s2 s1 7.1216kJ/（kg K），），s s2s，所以状，所以状态态2是湿蒸汽。先求是湿蒸汽。先求x2。根据。根据 P69-3、7、9