实际气体水蒸气的形成.ppt
2023/10/12,1,热工学,储建工程系李凤名TEL：,中国石油大学胜利学院,2023/10/12,2,第五章 水蒸气的性质 及蒸汽动力循环,第一节实际气体第二节 水蒸汽的形成第三节 水和水蒸汽的图表 第四节 水蒸汽的基本热力过程第五节 蒸汽动力基本循环 第六节 实用蒸汽动力循环,上篇 工程热力学,热工学,2023/10/12,3,前言,第五章 水蒸气的性质及蒸汽动力循环,思考几个问题1.为什么要学习水蒸气？2.水蒸汽的主要优点？3.为什么单独研究水蒸气？4.如何进行水蒸气热力计算？5.本章主要内容？,2023/10/12,4,前言,1.为什么要学习水蒸气？（1）是最早应用的工质；（2）水蒸气现在仍广泛应用于动力应用和热应用中；（3）应用前景仍然看好。2.水蒸汽的主要优点：（1）易于获得；（2）污染小，且易于治理；（3）有适宜的热力学参数。3.为什么单独研究水蒸气？（1）与理想气体相差甚远；（2）与实际气体不同，临界点温度高，环境下为液态；（3）热力过程中往往有物质集态的变化。,4.如何进行水蒸气热力计算？（1）参数的获得以查图、查表为准确、简捷；（2）不受工质性质限制的公式仍可采用。如：q=du+w dsq/T 等 5.本章主要内容（1）一些新概念和新术语；（2）水蒸气产生的一般原理；（3）水蒸气参数间的关系；（4）H2O图、表结构及应用；（5）H2O热力过程分析计算。,2023/10/12,5,一、实际气体概念（和理想气体相对）1.为何要研究实际气体？（1）常温常压某些气体可视为理想气体；工程实际中的许多设备所应用工质（如汽轮机中水蒸气），在常温常压下不能作为理想气体处理。（2）理想气体只是为研究实际气体而提出的一个概念。2.具体研究内容（1）首先研究实际气体的状态方程式：v=1(p,T)（2）寻求气体的热力学函数关系式：u=2(p,T)，h=3(p,T)（3）寻找气体比热关系：cp=4(p,T)，cv=5(p,T)（4）建立和验证实际气体状态方程式。,第一节 实际气体,2023/10/12,6,3.研究方法（1）理论分析法 从物质内部微观结构出发，研究气体分子的运动以及分子间的相互作用，分析微观粒子的运动对气体宏观性质的影响，从而对气体定律做相应的修正。优点：此法物理意义清楚，能概括地反映实际气体的全面特征，有一定的普遍意义。不足：计算精度往往不高。（2）实验研究法 以热力学微分方程式为工具，借助于实验装置，利用测定的一 系列状态参数值，来整理出实际气体的状态方程式和内能、焓、熵的关系式。优点：方便准确，可利用易测量求取不可直接测定的参数。不足：必须借助于热力学微分方程式。,第一节 实际气体,2023/10/12,7,第一节 实际气体,二、理想气体状态方程用于实际气体的偏差 1.理想气体与实际气体的差异（1）实际气体分子间有作用力，分子有体积，非弹性的；理想气体分子间无作用力，分子是一些弹性质点。（2）理论上，当压力p0、比容v 时，实际气体成为理想气体；（3）工程上，O2、N2、H2、空气、燃气等气体在较低压力、较高温度时，作为理想气体处理，偏差很小。（4）压缩因子（z-p 图）,2023/10/12,8,第一节 实际气体,综上所述：（1）理想气体状态方程应用于实际气体时会产生偏差,2023/10/12,9,（2）能不能把实际气体当作理想气体处理要考虑两点第一点：气体的种类第二点：气体所处的状态（3）必须建立实际气体状态方程以进行精确计算。三、实际气体状态方程（范德瓦尔方程）1.范方程的导出 范德瓦尔从理想气体和实际气体间的差别出发，对理想气体方程进行了修正：（1）分子体积的存在，减少了分子运动的空间，则实际气体分子比理想气体分子更频繁撞击容器壁，使容器壁所受的压力增大：,第一节 实际气体,2023/10/12,10,（2）分子间有相互作用力在气体内部，每一个分子受到四周分子的吸引，相互作用抵消而处于力的平衡器壁附近的分子，总是受到临近内部分子的吸引力，减小了分子撞击器壁的次数，使压力降低。引力的大小与外层和内部分子密度成正比。,第一节 实际气体,2023/10/12,11,修正为,上式即为范方程A、半经验方程，a、b由实验确定B、精确度不高C、颇为切近的反映了物质的气态、液态在性质上的特征D、为理论研究方法开拓了道路,第一节 实际气体,2023/10/12,12,。,。,。,v,v,p,p,F,F,T1,T c,T2,G,c,A,A,B,B,D,D,M,M,N,N,c,T=常量,H,范德瓦尔方程的理论曲线和实验曲线,（理论曲线）,（实验曲线）,。,2023/10/12,13,四.实际气体状态方程举例（了解）,2023/10/12,14,2023/10/12,15,1、汽化各种物质由液态转变为蒸汽（气态）的现象或过程就是汽化。如水变汽。物质汽化过程中要吸收大量的能量。两种汽化形式：（1）液体表面的蒸发；随时可以进行。（2）液体内部产生气泡的沸腾；达到一定温度才可进行。,第二节 水蒸气的形成,一、液体的汽化,2、液化各种物质由气态转变为液态的过程或现象就是液化。如蒸汽凝结为水。液化时物质要向外释放能量热能。,2023/10/12,16,3、饱和状态（汽化和液化现象分析）,2023/10/12,17,（3）饱和状态,2023/10/12,18,tt s1,pp s1,饱和液体,干饱和蒸汽,饱和状态示意图,水蒸气的饱和压力(at)与饱和温度的对应关系经验公式：,2023/10/12,19,第二节 水蒸气的定压生成过程,2023/10/12,20,前 言 为什么要研究H2O的定压过程呢？1.H2O在锅炉内的加热过程不是定压过程；但由于H2O在液态时的焓值受压力影响极小，则可把其加热过程视为定压过程；这样，研究定压过程也就有了实际意义。2.对于任何工质，都要想法获得其有关参数。从参数的角度看，采用定压或其它过程来讨论参数，都可以达到目的。,3.从实验手段来看，定压过程是非常容易实现的。要讨论H2O的定压加热、汽化过程，不足为怪。,实际上，流体流经许多设备的实际过程可按定压过程处理：热水流经室内散热器的放热过程；烟气流经换热设备放热过程等等。压降小是一方面；关键在于参数变化受压力变化影响甚微。,第二节 水蒸气的定压生成过程,2023/10/12,21,第二节 水蒸气的定压生成过程,2023/10/12,22,一、水蒸气的定压生成过程,2023/10/12,23,水蒸气的定压生成过程,2023/10/12,24,水蒸气的定压生成过程,2023/10/12,25,水蒸气的定压生成过程,2023/10/12,26,水蒸气的定压生成过程,2023/10/12,27,水蒸气的定压生成过程,2023/10/12,28,水蒸气的定压生成过程,2023/10/12,29,水蒸气的定压生成过程,2023/10/12,30,水蒸气的定压生成过程,2023/10/12,31,水蒸气的定压生成过程,2023/10/12,32,水蒸气的定压生成过程,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 过热蒸汽状态,过热阶段,水蒸气的定压生成过程,饱和水的汽化阶段,水的预热阶段,说明：在此,可代表,2023/10/12,33,2023/10/12,34,2023/10/12,35,7-2 H2O的定压加热、汽化过程,2023/10/12,36,三、水蒸气定压生成过程中热量的计算,1.水的定压预热阶段,1,T,s,液体热,2.饱和水的定压汽化过程,汽化潜热,3.水蒸气的定压过热过程,2,过热热,1kg水从1状态被加热到2状态所吸收的热量,2023/10/12,37,C,20,10,C,10,20,p,v,T,s,水的临界参数,四、水蒸汽的p-v图和T-s图,，,2023/10/12,38,T,p,水蒸气的pv和Ts图,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。,s,v,2023/10/12,39,结论（要求掌握）（）随压力升高，汽化过程缩短，所需的汽化潜热减少，而水的预热及蒸气过热过热所需热量增加，对于锅炉中受热面的安排有指导意义。（）当工质温度高于临界温度时，物质只能以气态形式存在，无论加多大压力也不能使之液化。为使气体液化，必须使其温度降至该气体的临界温度以下。,四、水蒸汽的p-v图和T-s图,（3）水在定压汽化过程中，其温度不变，内能 增加。,2023/10/12,40,一些概念和术语,3、什么是液化？吸热还是放热？,1.什么是汽化？吸热还是放热？,2.汽化有哪两种形式？各有什么特点？,2023/10/12,41,思考题:1、判断题：定温汽化过程满足 的关系式 在临界点上，饱和液体的焓一定等于干饱和蒸汽的焓。知道了温度和压力两个参数值，就可以确定水蒸气的状态。计算：干度为0.8的湿蒸汽中，干饱和蒸汽的质量为6，则湿蒸汽的质量为图：水蒸气Ts图的一点、两线、三区。,
