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第7章 水蒸气 本章基本要求： 水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的确定、水蒸气图表的结构和应用、以及水蒸气在热力过程中功量和热量的计算。 本章重点： 工业上水蒸气的定压生成过程，学会使用水蒸气热力学性质的图表，并能熟练的运用于各种热力过程的计算。 注意：水蒸气是由液态水经汽化而来的一种气体，离液态较近，不是理想气体，是实际气体，只能通过查热力学性质图表进行各种热力过程的计算。 7．1 水的相变及相图 自然界中聚集态：固相、液相和气相。 下面以水为例： 融解过程：在一定压力下，固态冰--液态水（融点温度）， 汽化过程：水—汽（沸点温度） AB--融点与压力关系，为融解曲线。 A点固、液、汽三态共存的状态，为三相态，三相点。 例如： 水Pa =611.2Pa K=0.01℃ 升华过程：低于三相点，冰--汽，反之为凝华。 AD--升华曲线。AC和AD称为相平衡曲线。在曲线上两相平衡共存,曲线划分成的三区 饱和状态：汽化和凝结的动态平衡状况 饱和压力与饱和温度关系：。 水蒸汽的定压发生过程 一、工业上水蒸气的形成 取定量0.01的纯水， 1．定压预热过程 2．饱和水定压汽化过程 汽化潜热：1kg饱和液体加热成同温度下的干饱和蒸汽所需热量。 干度：湿蒸汽中含干蒸汽的质量占湿蒸汽的总质量的百分比 x=干蒸汽质量/湿蒸汽总质量 3．干饱和蒸汽定压过热过程 过热度：温度超过对应压力下的饱和温度。 二、水蒸汽的p-v T-s图 水蒸汽定压形成特点： 一点：临界点C 两线：饱和液体线、饱和蒸汽线 三区：未饱和液体区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区 五种状态：未饱和水状态、饱和水状态、湿饱和蒸汽状态、干饱和蒸汽状态和过热蒸汽状态。 7.3 水蒸气表和焓一熵(h-s)图 在工程计算中,水和水蒸气的状态参数可根据水蒸气表和图查得。 一、水蒸气参数的计算 零点的规定 1963年 第六届国际水蒸气会议的决定，以水物质在三相平衡共存状态下的饱和水作为基准点。规定在三相态时饱和水的内能和熵为零。 液体热的计算：未饱和水加热到饱和水，所加的热量为液体热 采用公式计算了解。 二、水蒸汽表 有三种： 按温度排列的饱和水与饱和水蒸气表 按压力排列的饱和水与饱和水蒸气表 按压力和温度排列的未饱和水与过热蒸汽表。附表1、附表2和附表3。 三、水蒸气的焓--熵(h-s)图 水蒸气表的数据是不连续的，在求间隔中的状态参数时，需用内插法。 根据水蒸气各参数间的关系及实验数据制成图线，称为水蒸气线图。 7.4 水蒸汽的基本热力过程 基本热力过程：定容、定压、定温、绝热 四种 分析蒸汽热力过程的一般步骤为： 1.用蒸汽图表由初态的两个已知参数求其它参数。 2.根据题示的过程性质，如压力不变、容积不变、温度不变和绝热，加上另一个终态参数即可在图上确定进行的方向和终态,并读得终态参数。 3.根据已求得的初、终态参数，应用热力学第一和第二定律等基本方程计算过程量。 一、定压过程 二、定容过程 三、定温过程 四、绝热过程 q=0 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