工程热力学第六章.ppt

1,第2页,电话：邮箱：,主要研究方向：矿井通风、煤矿瓦斯防治及利用等。,主讲人简介：,王鹏飞，男，1984年8月生，江西九江人,博士，讲师。2002年9月-2006年7月，湖南科技大学建筑环境与设备工程专业学习，获学士学位；2006年9月-2009年7月，湖南科技大学安全技术及工程专业学习，获硕士学位；2009年9月-2012年6月，中南大学安全技术及工程专业学习，获博士学位；2012年6月至今，湖南科技大学能源与安全工程学院任教；,第3页,上课前预习，带着问题来听课；上课认真听讲并积极思考；弄清基本概念，注意每章后的思考题;理解计算公式的推导过程；熟记重要的方程和公式；独立地按时完成作业并按时递交作业；除教材外，手头备有2-3本参考书籍；不懂的地方查阅文献或与同学讨论或请教老师和同学。及时解决所遇到的问题。,参考书目：,1工程热力学严家騄，王永青编著，高教出版社,3Thermodynamics Wark Richards,2工程热力学精要分析及典型题精解 何雅玲，西安交通大学出社,如何学好工程热力学？,第4页,作业工整，每做完一道题，空一行。可以不抄题目，但要写出题次、必要时画出简图、写出已知条件和需要求解的问题。解题过程要完整，如写出公式后要完整的代入数据。小数点后一般保留13位有效数字，具体几位可参考相关章节的例题。,对作业的要求,第5页,考试成绩的评定,（1）平时作业及上课表现10%（2）考勤 10%（3）实验10%（4）期末考试70%,第6页,提 纲,第六章 水蒸汽的热力性质和过程,第一节 概述 第二节 水的定压汽化过程和 水蒸汽的p-v图及T-S图 第三节 水蒸汽表 第四节 水蒸汽的h-s图 第五节 水蒸汽的基本热力过程,第7页,1、熟练掌握水蒸汽的有关基本概念：（1）饱和水（饱和温度、饱和压力）（2）过冷度（过冷水）、过热度（过热蒸汽）（3）液体热、过热热、汽化潜热、干度、临界点（4）一点、两线、三区、五态2、熟练掌握水蒸汽的热力性质、水定压汽化过程和水蒸汽的 P-V图、T-S图3、掌握水蒸汽表和利用水蒸汽表进行五态的相关基本计算4、掌握水蒸汽的h-S图和基本热力过程计算,基本要求：,第8页,第一节 概 述,范德瓦尔方程：,理想气体方程：,分子本身体积的修正项,（1）考虑分子本身体积修正项：,（2）考虑分子间相互作用力修正项：,（内聚压力）,第9页,纯物质的热力学曲面图及相图 纯物质状态方程的一般形式为 f(p,T,v)=0,在由 p-v-T 构成的三维坐标系中 f(p,T,v)=0 是一复杂曲面,曲面上的每一点代表一个平衡状态，这个曲面称为热力学曲面。,实际气体的热力学能和焓不仅是温度的函数，且与体积有关，所以比热容也是温度和体积的函数。,水蒸汽的热力学能、焓和熵通过查图和表求得。,（迈耶方程）,第10页,固液,气体,临界点,液体,液汽,三相线,固汽,蒸汽,p,T,v,p常数,T常数,固体,水的热力学曲面图,第11页,固液,液 体,固 体,o 三相点,蒸 气,A,固汽,液汽,C,B,p,T,水的p-T相图,气 体,（汽化曲线）,（熔解曲线）,（升华曲线）,临界点,热力学曲面在p-T平面上的投影被称为p-T图,又称为相图。,第12页,第二节 水的定压汽化过程和 水蒸气的P-V图及T-S图,第13页,2)饱和温度、饱和压力 饱和状态下的温度和压力分别称为饱和温度 ts和 饱和压力ps。各种纯物质的饱和温度与饱和压力间都存在着一定的对应 关系。如:水蒸气的饱和压力与饱和温度的对应关系的经验公式为,1)饱和状态 在两相区中,有两种不同的相平衡共存,它们具有相同的 压力和温度。这种两相平衡共存的状态称为饱和状态。,3)饱和液体和饱和蒸汽 饱和状态下的液体和汽体分别称为饱和液体 和饱和蒸汽(或干饱和蒸汽)。饱和液体与饱和蒸汽组成的混合物称为 湿饱和蒸汽。,式中,ts的单位为,ps的单位为atm。此式只能用于100附近。,1 基本概念,第14页,第15页,五个状态：（1）a：未饱和水（过冷水），t ts 过冷度t=ts-t,p、T 是独立的状态参数，单相均匀系=f(p，T)。（2）b：饱和水，t=ts，p、T 不再是独立的状态参数 处于平衡态单相均匀系=f(p或 T)。v，u，h，s（3）d：干饱和蒸汽，t=ts，p、T 不再是独立的状态参数 处于平衡态单相均匀系=f(p或T)。v”，u”，h”，s”,第16页,（4）c：湿蒸汽，饱和水和饱和蒸汽的混合物 t=ts，p、T 不是独立的状态参数。处于平衡态双相非均匀系=f(p或T，x)。干度x：1kg湿蒸汽中含xkg的饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。,（5）e：过热蒸汽，t ts,过热度t=t-ts,p、T 是独立的状态参数，单相均匀系=f(p,T)。,第17页,三个阶段：1）定压预热阶段a-b：未饱和水变为饱和水。比液体热：2）定压汽化阶段b-c-d：饱和水变为干饱和蒸汽，既是定压又是定温的相变加热过程。比汽化潜热：3）定压过热阶段d-e：饱和蒸汽变成过热蒸汽，比过热热：,va,v,v”,vx,v,p,e,b,a,v,c,d,1,T,s,2,水蒸气定压生成过程中热量的计算,第18页,3 水蒸气的p-v图和T-s图,（1）饱和水线 各种压力下饱和水状态点的连线，又称下界线，沿此线x=0;,（2）干饱和蒸汽线 各种压力下干饱和蒸汽状态点的连线，又称上界线，沿此线x=0;,（3）临界点C 饱和水线和干饱和蒸汽线的交点。水的临界点C基本状态参数为：pcr=22.115 MPa tcr=374.12 vcr=0.003147 m3/kg,第19页,C,20,10,C,10(20),p,v,T,s,水的临界参数:,区是未饱和水区,区是湿饱和蒸汽区,区是过热蒸汽区。,第20页,一点:临界点;两线:饱和水线、干饱和蒸汽线;三区:未饱和水区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区;五态:未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽。,第21页,工程上认为三相点液相水的焓取零已足够准确。,根据1963年的国际水蒸气会议规定，选取水三相点的液相水作为基准点，规定该点状态下液相水的内能和熵为零。,基准点的确定,三相点状态下液相水的参数为,根据焓的定义,可求出此状态下液相水的焓应为,水蒸气热力性质表 1)未饱和水与过热水蒸气的热力性质表,可直接查取未饱和水和过热蒸汽参数（附表4）。,第三节 水蒸气表,第22页,2)饱和水与饱和水蒸气的热力性质表（按温度排列附表2和按压力排列附表3）,(1)可直接查取饱和水的参数和干饱和蒸汽的参数,(2)计算湿饱和蒸汽的参数,干 度,容器中湿饱和蒸汽的体积,则湿饱和蒸汽的比容,饱和蒸汽,饱和水,而饱和蒸汽占体积,饱和水占体积,湿饱和蒸汽,第23页,三、计算步骤,1、确定状态,已知（p，t）,已知（p，v）,2、根据状态查相应的图或表，湿蒸汽查饱和水与饱和蒸汽表，再利用干度公式求出。,3、热力学能利用公式u=h-pv求得。,第24页,例6-1 有一种说法：“过冷水一定很冷，过热水蒸气一定很热”，试用水蒸气表对此说法予以评论。,解 由附表3查得，p=20 MPa时饱和蒸汽的ts=365.71。因此，p=20 MPa，t=300的水为未饱和水，即过冷水，且过冷度t=ts-t=365.71-300=65.71，可见过冷水不一定很冷。,同样，由附表3查得，p=0.001 MPa时饱和蒸汽的ts=6.982。因此，p=0.0001 MPa，t=16.982的水蒸气为过热水蒸气，且过热度t=t-ts=16.982-6.982=10，可见过热水蒸气不一定很热。,第25页,例6-2 p=0.5Mpa，v=0.36m3/kg，确定状态，并求出温度、比焓、比热力学能和比熵。,解：查饱和水与饱和蒸汽表 ts=151.85 C，v=0.0010928 m3/kg，v”=0.37481 m3/kg,湿蒸汽,h=640.1 kJ/kg，h”=2748.5 kJ/kgs=1.8604 kJ/(kgK)，s”=6.8215 kJ/(kgK),第26页,例 6-3 在压力p=10 MPa下，对水进行定压加热，当其温度分别达到t1=300和t2=500时，试确定所处状态。,解 由未饱和水与过热水蒸气（附表4）得，当p=10 MPa时，ts=310.96。可见t1=300时为未饱和水，过冷度 t1=ts-t1=310.96-300=10.96其比体积、比焓和比熵分别为：v1=0.0013978m3/kg h1=1343.7 kJ/kg s1=3.2494 kJ/(kgK)而t2=550时为过热水蒸气，过热度 t2=t2-ts=550-310.96=239.04其比体积、比焓和比熵分别为：v2=0.03561m3/kg h2=3500.4 kJ/kg s2=6.7568 kJ/(kgK),第27页,第四节 水蒸气的h-s图,我们用过 p-v 图、T-s 图,这在热力过程的分析中常用，一个叫示功图，一个叫示热图.但功和热都是一块面积，不直接，而用h-s 图可用线段来表示功和热.h-s图由上界线、下界线及定压线群，定温线群，定容线群、定干度线群组成。,第28页,可逆过程的稳定流动能量方程：,而根据熵的定义式：,所以有：,根据热力学关系式可得到h-s图上定压线、和定温线的斜率分别为：,定压线斜率：,定温线斜率：,第29页,在饱和蒸汽区域的汽化过程中，压力与温度保持不变，,所以:,和,即在湿蒸汽区域，定压线的斜率就是定温线的斜率，并且是一条斜率不变的直线。,进入过热蒸汽区后，由于,因此,因此，在这一区域，定压线较陡，而定温线较为平坦。随着温度升高、压力降低，蒸汽越来越接近理想气体，这时定温线将趋于水平，,第30页,定压线群,联立：dqp=dh dq=Tds，,可得：,第31页,定温线群:在湿蒸汽区定压线就是定温线，因而定温线在湿蒸汽区为直线；在过热蒸汽区为向右凸曲的曲线，越往右，定温线越趋于水平。定干度线群:定干度线是x=0和x=1之间的等分线，在Ts、pv 图上如图。只有在湿蒸气区才存在。,第32页,第33页,第五节 水蒸气的基本热力过程,目的：1）初、终状态参数；2）过程功、热量以及焓、熵的变化量。,1）根据初态已知条件查图或表得到其他状态参数。2）根据过程特征和终态参数查图或表得其他终态参数。3）求解步骤：据初、终状态参数求出功、热量以及焓、熵变化量。,第34页,一、定容过程（v=常数),体积功技术功,二、定压过程（p=常数),体积功 技术功,第35页,三、定温过程（T=常数),四、绝热过程（s=常数),单位质量热量：,体积功：技术功：,体积功：技术功：,第36页,1-2可逆过程：,1-2不可逆过程：,绝热效率（相对内效率）：,工程上对汽轮机而言，一般给出相对内效率。它反映了过程不可逆的程度，它越大，反映过程的不可逆性愈小，它等于1时说明过程是可逆的，也称为定熵效率。,第37页,例6-6(P82),解：可逆过程1-2：,s2=s1=6.8204kJ/(kgK),第38页,不可逆过程1-2：,第39页,1。基本概念：（1）汽化、凝结（2）饱和状态（饱和温度、饱和压力）（3）过冷度（过冷水）、过热度（过热蒸汽）（4）液体热、过热热、汽化潜热、干度、临界点（5）一点、两线、三区、五态2。基本原理：（1）水的定压汽化过程(三个阶段：定压预热、定压汽化、定压过热）（2）水蒸汽的P-V图、T-S图(一点、两线、三区、五态)（3）水蒸气表 a、饱和水（用 表示）和饱和水蒸汽表（用”表示）b、未饱和水和过热水蒸气表(热力学能用 U=h-PV 来计算)c、湿蒸汽用：Y x=X Y”+(1-X)Y 来计算（4）h-S图（定压线P、定温线T、定干度线X）3。水蒸汽的热力过程和应用(1)定容过程（2）定压过程（3）定温过程（4）绝热过程 计算步骤：a、由两初态查表或图 b、确定终态并查表 c、计算 q w wt h S 等。,本章小结：,第40页,作业,P8283 习题：2、3、4、7,第41页,