水蒸氣

水蒸氣的飽和狀態(tài)實際氣體-----水蒸汽水蒸汽在空氣中含量極小，當作理想氣體.一般情況下，為實際氣體，使用圖表.18世紀，蒸汽機的發(fā)明，是唯一工質(zhì);直到內(nèi)燃機發(fā)明，才有燃氣工質(zhì);目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)優(yōu)點:便宜，易得，無毒，熱力性能穩(wěn)定,膨脹性能好，傳熱性能好，流動性好。是其它實際氣體的代表。5-1水蒸汽飽和狀態(tài)一、汽化：物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變成汽態(tài)的過程，稱為汽化。在火電廠中，給水進入鍋爐后變成飽和或過熱蒸汽的過程就是汽化過程。(動畫)汽化方式有兩種：1）蒸發(fā)；2）沸騰。使水汽化的方法：1）加熱升溫；2）降壓擴容。

1、蒸發(fā)——在液體表面進行的汽化現(xiàn)象。特點：它能在任何溫度下進行；液體的蒸發(fā)速度取決于液體的性質(zhì)、液體的溫度、蒸發(fā)表面積和液面上氣流的流速。如電廠冷卻塔中冷卻水的蒸發(fā)。如：給水泵入口汽蝕問題？排污擴容器的擴容蒸汽產(chǎn)生？2、沸騰沸騰——在液體內(nèi)部進行的汽化現(xiàn)象。工業(yè)上大都用此方法獲得蒸汽。特點：有汽泡產(chǎn)生；在一定的壓力下，液體沸騰時的溫度（沸點）是一定的。如：在1標準大氣壓下，水的沸點是l00℃，酒精的沸點為78℃；而在1MPa時水的沸點為179.88℃,在20MPa時水的沸點為365.71℃。二、凝結(jié)（液化）概念：物質(zhì)從汽態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)的過程，稱為液化.特點：在一定壓力下，蒸汽的溫度（低）等于沸點時，才可能出現(xiàn)凝結(jié)。凝結(jié)方式：1）膜狀凝結(jié)，2）珠狀凝結(jié)使凝結(jié)的方法：1）定壓降溫冷卻；2）升壓如電廠中：凝汽中的排汽凝結(jié)成水；滑壓運行除氧器在機組負荷驟增時，為何出現(xiàn)返氧現(xiàn)象？

液化和汽化是物質(zhì)相態(tài)變化的兩種相反過程，實際上，在密閉容器內(nèi)進行的汽化過程，總是伴隨液化過程同時進行。三、飽和狀態(tài)液體分子脫離其表面的汽化速度汽體分子回到液體中的凝結(jié)速度＝這時液體與蒸汽處于動態(tài)平衡狀態(tài)，稱為飽和狀態(tài)飽和水飽和蒸汽t

sp

s飽和水飽和蒸汽1、飽和狀態(tài)：汽、液兩相達到動態(tài)平衡的狀態(tài)。2、飽和狀態(tài)的特點：1）汽水共存，2）汽水同溫，3）飽和壓力ps和飽和溫度ts成一一對應(yīng)關(guān)系。3、飽和壓力與飽和溫度飽和壓力：在飽和狀態(tài)下的水和水蒸汽的壓力PS飽和溫度：在飽和狀態(tài)下的水和水蒸汽的溫度tS

ts上升，ps上升；

ps上升，ts上升。結(jié)論：一定的飽和溫度對應(yīng)于一定的飽和壓力，反之也成立，即兩者間存在單值關(guān)系。psts3、飽和壓力與飽和溫度青藏ps=0.6barts=85.95℃高壓鍋ps=1.6barts=113.32℃飽和壓力飽和溫度一一對應(yīng)飽和壓力ps

(MPa)飽和溫度ts

(℃)0.00532.881179.9210311.0420365.7922.064374水蒸氣過熱度干飽和蒸汽過熱蒸汽過熱度：D=t-ts這個階段所需的熱量稱為過熱熱:qs=h-h"過熱度：D=t-ts3、過熱階段水的定壓預熱階段：aTs液體熱飽和水的定壓汽化過程：汽化潛熱干蒸汽的定壓過熱過程：過熱熱qs=h-h"bcde整個水蒸汽產(chǎn)生過程吸熱量(1kg水)：4、水蒸汽定壓產(chǎn)生過程總吸熱量二、水蒸汽的p-v與T-s圖壓力P升高對汽化過程的影響？ts升高，v’增大（膨脹性大于壓縮性）；v’’減小（壓縮性大于膨脹性）；所以：b點向右移動，d點向左移動，汽化過程縮短，預熱過程增長，過熱過程增加。二、水蒸汽的p-v與T-s圖二線（均為飽和曲線）下界線（飽和水線）CM上界線（干飽和蒸汽線）CN三個區(qū)域:液態(tài)區(qū)(下界線左側(cè))、濕蒸汽區(qū)(飽和曲線內(nèi))、汽態(tài)區(qū)(上界線右側(cè))。一點:臨界點c:上、下界線的交點.將各種壓力下水蒸氣的定壓產(chǎn)生過程線集中表示在p-v圖和T-s圖上而得到。T水、汽差別消失，汽化在瞬間完成，汽化熱為零；在臨界溫度以上，單純增壓不能使其液化（即tc是最高的飽和溫度）；在臨界壓力及以上加熱時，當達到臨界溫度時汽化在瞬間完成（即水的定壓加熱過程只有兩個階段）。水蒸氣的臨界參數(shù)為：臨界點的各狀態(tài)參數(shù)臨界點C的特點臨界壓力臨界溫度臨界比容小結(jié)水蒸氣的定壓產(chǎn)生過程在p-v圖和T-s圖上所表現(xiàn)出的相變規(guī)律可歸納為:

一點(臨界點)、

二線(飽和水線、干飽和蒸汽線)、

三區(qū)(未飽和水區(qū)、濕蒸汽區(qū)、過熱蒸汽區(qū))

五態(tài)(未飽和水狀態(tài)、飽和水狀態(tài)、濕蒸汽狀態(tài)、干蒸汽狀態(tài)、過熱蒸汽狀態(tài))思考題1.

有沒有400℃的水？2.有沒有0℃的水蒸汽？3.有沒有1℃的冰？4.會有600Pa的液態(tài)水存在嗎?答案：1.沒有；2.有；3.沒有；4.沒有.三、水蒸汽參數(shù)對電廠熱力設(shè)備的影響1、高參數(shù)水蒸汽的基本性質(zhì)1）過熱蒸汽的比熱容當溫度不變時，比熱容隨壓力升高而升高；當壓力不變時，比熱容隨溫度升高先下降后升高。2）過熱蒸汽的比容當溫度不變下，過熱蒸汽的比容隨壓力升高而大大下降；在一定壓力下，過熱蒸汽的比容隨溫度升高而增大。3）過熱蒸汽的焓在一定溫度下，過熱蒸汽的焓隨壓力升高而減小;在一定壓力下，過熱蒸汽的焓隨溫度升高而增大.圖圖2、高參數(shù)水蒸汽對鍋爐設(shè)備的影響1）溫度提高的影響--過熱器的受熱面積增大，對材料耐熱性能要求高;2）壓力提高的影響--液體熱和過熱熱的比例增大，汽化熱的比例縮小；要求：省煤器和過熱器受熱面增大，而水冷壁受熱面減小。隨壓力的升高，汽水密度差將減小，爐內(nèi)自然循環(huán)將變得困難，并對汽水分離裝置的要求也高；故當壓力在19MPa以上時，必須采用強迫循環(huán)鍋爐和高質(zhì)量的汽水分離設(shè)備，或者采用直流鍋爐。而不能采用自然循環(huán)鍋爐。圖圖水蒸氣

水蒸氣的定壓產(chǎn)生過程過熱階段水蒸汽的定壓產(chǎn)生過程汽化階段預熱階段未飽和水飽和水濕飽和蒸汽干飽和蒸汽過熱蒸汽一、水蒸汽的定壓產(chǎn)生過程

v'

p

p

v''

p

vt<tst>tst=tst=ts

v0

pt=ts

p

vx5-2水蒸汽的定壓產(chǎn)生過程水蒸汽的定壓產(chǎn)生過程參數(shù)變化特點t<tst=tst=tst=tst>tsv0<v’v=v’v=v’’v’<vx<v’’v>v’’未飽和水飽和水濕蒸汽干蒸汽過熱蒸汽h0<h’h=h’h=h’’h’<hx<h’’h>h’’s0<s’s=s’s=s’’s’<sx<s’’s>s’’水預熱汽化過熱v↑h↑s↑5-2水蒸汽的定壓產(chǎn)生過程5-2水蒸汽的定壓產(chǎn)生過程五個狀態(tài):未飽和水a(chǎn)飽和水b濕飽和水蒸汽m干飽和水蒸汽d過熱水蒸汽e。三個階段：

預熱階段a-b：t0未飽和水→ts飽和水。t↑，v↑。汽化階段b-d：ts飽和水→ts干飽和水蒸汽。v↑，t和p均不變。其間為汽液混合的濕飽和蒸汽。過熱階段d-e：ts干飽和水蒸汽→t過熱水蒸汽。t↑，v↑。未飽和水（過冷水）飽和水注意比較v0和v′的大小！這個階段所需的熱量稱為液體熱ql1、預熱階段過冷度Δt=t-ts水蒸氣H-S圖二、焓熵圖（h-s圖）

1、h-s圖的結(jié)構(gòu)：C—臨界點，x＝0線，x＝1線；定壓線、定溫線和定容線，在飽和區(qū)內(nèi)還有定干度線。定壓線群——在h-s圖上呈發(fā)散分布。濕蒸汽區(qū)內(nèi)，定壓線為一簇斜率不同的直線；在過熱蒸汽區(qū)，定壓線趨于陡峭。（用黑色表示）定溫線群——濕蒸汽區(qū)內(nèi)，與定壓線重合；在過熱蒸汽區(qū)，與定壓線自干蒸汽線處分開后逐漸趨于平坦。（用紅色表示）定容線群——走向與定壓線相似，但比定壓線稍陡。（用綠色表示）定干度線群——一組干度等于常數(shù)的曲線。（用粗紅色表示）注意：x<0.6的區(qū)域圖線過密，工程中也不經(jīng)常使用這部分數(shù)據(jù)，所以實用h-s圖上不包括這一區(qū)域。圖焓熵圖hsCx=1x=0pvTxh軸——1小格代表5kJ/kg；s軸——1小格代表0.01kJ/(kg.K).（1）查取狀態(tài)參數(shù)：

①查干蒸汽參數(shù)：如p與x=1相交；②查濕蒸汽參數(shù)：如p與x相交；③查過熱蒸汽參數(shù)：如p與t相交。（2）分析并計算水蒸氣的熱力過程（見5-4節(jié)）2、h-s圖使用例題分析例5-5：應(yīng)用h-s圖確定下列水蒸氣的h、s、v：（1）p1=1MPa，x1=0.95；

（2）t2=250℃的干蒸汽；（3）p3=13MPa，t3=535℃.解:查h-s圖，得（1）h1=2675kJ/kg，s1=6.36kJ/(kg.K)，v1=0.185m3/kg；（2）h2=2800kJ/kg，s2=6.07kJ/(kg.K)，v2=0.05m3/kg；（3）h3=3435kJ/kg，s3=6.56kJ/(kg.K)，v3=0.026m3/kg.5-4水蒸汽的基本熱力過程分析目的：確定初態(tài)和終態(tài)參數(shù)確定過程的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，包括w、q以及Δu和Δh等。分析步驟：由初態(tài)參數(shù)查圖表得初態(tài)的其它參數(shù)；由過程特點和初態(tài)參數(shù)在圖表中查終態(tài)參數(shù)；由初終參數(shù)和熱力學定律計算w、q等。注意理想氣體過程的區(qū)別第一定律與第二定律表達式均成立理想氣體特有的性質(zhì)和表達式不能用可逆水蒸氣水蒸氣熱力性質(zhì)表5-3水蒸氣的熱力性質(zhì)圖表

工程中只需計算水蒸氣u、h、s的變化量，因此可任選一個基準點。1963國際會議規(guī)定，水蒸氣的熱力性質(zhì)表以三相點狀態(tài)的飽和水為基準點編制。水的三相點參數(shù)為：p＝0.6112kPa，v=0.00100022m3/kg，T＝273.16K此狀態(tài)下飽和水的熱力學能和熵被規(guī)定為零，即

u'0.01＝0kJ/kg，s'0.01＝0kJ/(kgK)而其焓值為：h'0.01＝u'0.01+pv＝0kJ/kg+0.6112kPa×0.00100022m3/kg＝0.000611kJ/kg≈0kJ/kg工程上近似認為0℃時水的熱力學能、焓和熵的值為零一、水蒸氣表零點的規(guī)定：二、水蒸汽的熱力性質(zhì)表常用的水蒸氣熱力性質(zhì)表有兩種：①飽和水與飽和水蒸汽表以溫度為序，表5以壓力為序，表6②未飽和水與過熱蒸汽表，附表7水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)確定的原則3、未飽和水及過熱蒸汽確定任意兩個獨立參數(shù)，如：p、T1、飽和水和干飽和蒸汽確定p或T2、濕飽和蒸汽除p或T外，其它參數(shù)與兩相比例(干度)有關(guān)飽和水及干飽和蒸汽表應(yīng)用---飽和參數(shù)的確定已知溫度飽和壓力ps比體積：v＇v"焓：h＇h"熵：s＇s"汽化潛熱：r=h"-h＇查附表五已知壓力飽和溫度ts比體積：v＇v"焓：h＇h"熵：s＇s"汽化潛熱：r=h"-h＇

查附表六飽和水飽和水干蒸汽干蒸汽飽和水及干飽和蒸汽表應(yīng)用

-------濕蒸汽參數(shù)的確定

由于濕飽和蒸汽實質(zhì)上是干飽和蒸汽與飽和水的混合物，因此其熱力學能、焓、熵及容積可表示為引入干度的關(guān)系式，可得

即，如已知濕飽和蒸汽干度x，即可利用飽和水及干飽和蒸汽的狀態(tài)參數(shù)，求得濕飽和蒸汽的相應(yīng)狀態(tài)參數(shù)的數(shù)值。

未飽和水和過熱蒸汽表的應(yīng)用已知壓力和溫度查其它狀態(tài)參數(shù)。注意：粗黑線上方為未飽和水的參數(shù)，粗黑線下方為過熱蒸汽的參數(shù)。已知壓力和溫度比體積：v焓：h熵：s汽化潛熱：r查附表七未飽和水或過熱蒸汽的參數(shù)例題分析查表時先要確定在五態(tài)中的哪一態(tài)。例5-1

已知：p=1MPa,試確定t=100℃,200℃時各處于哪個狀態(tài),各自h是多少？