工程热力学第三版电子教案第7章.docVIP

第7章 水蒸汽 7．1 本章基本要求 62 7．2 本章难点 62 7．3 例题 62 7．4 思考及练习题 66 7．5 自测题 69 7．1 本章基本要求 理解水蒸汽的产生过程，掌握水蒸汽状态参数的计算，学会查水蒸汽图表和正确使用水蒸汽h-s图。 掌握水蒸汽热力过程、功量、热量和状态参数的计算方法。 自学水蒸汽基本热力过程(§7-4)。 7．2 本章难点 1．水蒸汽是实际气体，前面章节中适用于理想气体的计算公式，对于水蒸汽不能适用，水蒸汽状态参数的计算，只能使用水蒸汽图表和水蒸汽h-s图。 2．理想气体的内能、焓只是温度的函数,而实际气体的内能、焓则和温度及压力都有关。 3．查水蒸汽h-s图，要注意各热力学状态参数的单位。 7．3 例题 例1：容积为0.6的密闭容器内盛有压力为3.6bar的干饱和蒸汽，问蒸汽的质量为多少，若对蒸汽进行冷却，当压力降低到2bar时，问蒸汽的干度为多少，冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少 解：查以压力为序的饱和蒸汽表得： =3.6bar时，=0.51056 =2733.8kJ /kg 蒸汽质量 m=V/=1.1752kg 查饱和蒸汽表得： =2bar时，=0.0010608 =0.88592 =504.7kJ /kg =2706.9kJ /kg 在冷却过程中，工质的容积、质量不变，故冷却前干饱和蒸汽的比容等于冷却后湿蒸汽的比容即： = 或= 由于 0.5763 取蒸汽为闭系，由闭系能量方程 由于是定容放热过程，故 所以 而u=h-pv 故 其中：==1773.8kJ /kg 则 kJ /kg Q=mq=1.1752(-878.3) =-1032.2kJ 例2：=50bar 的蒸汽进入汽轮机绝热膨胀至=0.04bar。设环境温度求： （1）若过程是可逆的，1kg蒸汽所做的膨胀功及技术功各为多少。 （2）若汽轮机的相对内效率为0.88时，其作功能力损失为多少 解：用h-s图确定初、终参数 初态参数：=50bar 时，=3197kJ /kg =0.058 =6.65kJ /kgK 则=2907 kJ /kg6.65kJ /kgK 终态参数：若不考虑损失，蒸汽做可逆绝热膨胀，即沿定熵线膨胀至=0.04bar ，此过程在h-s图上用一垂直线表示，查得=2020 kJ /kg =0.058 ==6.65kJ /kgK =1914 kJ /kg 膨胀功及技术功：=2907-1914=993 kJ /kg =3197-2020=1177 kJ /kg 2）由于损失存在，故该汽轮机实际完成功量为 =0.881177=1036 kJ /kg 此不可逆过程在h-s图上用虚线表示，膨胀过程的终点状态可以这样推算，按题意，则 =3197-1036=2161 kJ /kg 这样利用两个参数=0.04bar和=2161 kJ /kg，即可确定实际过程终点的状态，并在h-s图上查得=7.12kJ /kgK，故不可逆过程熵产为 =7.12-6.65=0.47kJ /kgK 作功能力损失 因绝热过程 则 例3：0.1kg水盛于一绝热的刚性容器中，工质的压力的0.3Mpa，干度为0.763。一搅拌轮置于容器中，由外面马达带动旋转，直到水全变为饱和蒸汽。求： （1）完成此过程所需的功； （2）水蒸汽最终的压力和温度。 解：取容器内的工质为系统，搅拌轮搅拌工质的功变为热，是不可逆过程。 （1）系统绝热，q=0。系统的边界为刚性，因而没有容积变化功，可是由于搅拌轮搅拌，外界对系统作了功。由热力学第一定律 即外界消耗的功变了热，工质吸收热内能增加，因而只要计算初终态的内能变化就可求得耗功量。 对于初态，已知p1=0.3Mpa，x=0.763，于是 因为容器是刚性的，终态和初态比容相等，因而终态是v2=0.4643m3/kg的干饱和蒸汽。由饱和水与饱和蒸气表可查得相应于v2==0.4624时的压力p2=0.4Mpa，温度t2=143.62℃。由查得的终态参数可计算出终态的内能u2=2253.6kJ/kg。所以，搅拌轮功为 图7.1 （2）终态如图7.1所示，为v2=v1、x=1的干饱和蒸气，p2=0.4Mpa，t2=143.62℃。 例4：1kg水贮存于有负载的活塞-气缸装置中，压力为3Mpa，温度为240℃。定压下对工质慢慢加热直至其温度达320℃，求： （1）举起负载活塞作多少功？ （2）外界需加入多少热量？ 解：取装置中的工质水为系统，由饱和水与饱和蒸气表查得对应于3Mpa的饱和温度为233.84℃。现初态温度高于此值，可知初态为刚高于饱和温度的过热蒸气，故工质在整个加热过程均为过热蒸气。