工程热力学第六章.ppt

工程热力学第六章现在学习的是第1页，共41页电话：13789303851 邮箱：主要研究方向：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；2 2现在学习的是第2页，共41页上课前预习，带着问题来听课；上课前预习，带着问题来听课；上课认真听讲并积极思考；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；理解计算公式的推导过程；熟记重要的方程和公式；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；独立地按时完成作业并按时递交作业；除教材外，手头备有除教材外，手头备有2-3本参考书籍；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。决所遇到的问题。参考书目：参考书目：1工程热力学工程热力学严家騄，王永青编著，高教出版社严家騄，王永青编著，高教出版社3Thermodynamics Wark Richards 22工程热力学精要分析及典型题精解工程热力学精要分析及典型题精解 何雅玲，何雅玲，西安交通大学出社西安交通大学出社如何学好工程热力学？如何学好工程热力学？3 3现在学习的是第3页，共41页 作业工整，每做完一道题，空一行。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。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解题过程要完整，如写出公式后要完整的代入数据。数据。小数点后一般保留小数点后一般保留13位有效数字，具体几位可位有效数字，具体几位可参考相关章节的例题。参考相关章节的例题。对作业的要求对作业的要求4 4现在学习的是第4页，共41页考试成绩的评定考试成绩的评定（1）平时作业及上课表现）平时作业及上课表现10%（2）考勤）考勤 10%（3）实验）实验10%（4）期末考试）期末考试70%5 5现在学习的是第5页，共41页提提 纲纲 6 6现在学习的是第6页，共41页1、熟练掌握水蒸汽的有关基本概念：、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）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）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）液体热、过热热、汽化潜热、干度、临界点（4）一点、两线、三区、五态一点、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、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、图、T-S图图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、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、掌握水蒸汽的h-S图和基本热力过程计算图和基本热力过程计算基本要求：基本要求：7 7现在学习的是第7页，共41页RTpvbRTbvvap)(2范德瓦尔方程：pvRT理想气体方程：分子间相互作分子间相互作用力修正项用力修正项分子本身体积分子本身体积的修正项的修正项（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：2RTapvbv（内聚压力）2av8 8现在学习的是第8页，共41页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。Rccvp（迈耶方程）（迈耶方程）9 9现在学习的是第9页，共41页固液固液气体气体临界点临界点液体液体液汽液汽三相线三相线固汽固汽蒸汽蒸汽pT Tvp p常数常数T T常数常数固体固体1010现在学习的是第10页，共41页液液 体体蒸蒸 气气固汽固汽液汽液汽BpT气气 体体（熔解曲线）（熔解曲线）（升华曲线）（升华曲线）临界点临界点1111现在学习的是第11页，共41页1212现在学习的是第12页，共41页4100sstp1313现在学习的是第13页，共41页未饱和水状态未饱和水状态 饱和水状态饱和水状态 湿饱和蒸汽状态湿饱和蒸汽状态 干饱和蒸汽状态干饱和蒸汽状态 过热蒸汽状态过热蒸汽状态过热阶段过热阶段水蒸汽的定压生成过程水蒸汽的定压生成过程饱和水的汽化阶段饱和水的汽化阶段水的预热阶段水的预热阶段sttsttsttsttsttaaaaaaaaaaa说明：在此说明：在此a可代表可代表,v u h s。1414现在学习的是第14页，共41页ssxsss”Tsvavv”vxvs0pTabcedebavc d五个状态五个状态：（1）a：未饱和水：未饱和水（过冷水），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)。1616现在学习的是第16页，共41页三个阶段：三个阶段：1）定压预热阶段定压预热阶段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）定压过热阶段定压过热阶段d-e：饱和蒸汽变成过热蒸汽，比过热热：Stooplassabhhdtcq0面积bssbdhhr 面积dsdeshhdtcqttpS 面积supvavv”vxvpebavc d1Ts11x1lqrsT2suqs s水蒸气定压生成过程中热量的计算水蒸气定压生成过程中热量的计算1717现在学习的是第17页，共41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/kg1818现在学习的是第18页，共41页C2010C10(20)pvTs2122x1x111x122x222.115MPa;374.12ccpt；30.003147m/kg;cv 2095.2kJ/kg;4.4237kJ/(kg K)cchsxxcTcpcTT1919现在学习的是第19页，共41页C2010C1020pvTs2122x1x111x122x2xxcTcpcTT2020现在学习的是第20页，共41页30.0006112MPa;273.16K;=0.00100022m/kg;0kJ/kg;0kJ/(kg K)pTvus6-300.006112 0.00100022 1010=0.000614kJ/kg0kJ/kghupv2121现在学习的是第21页，共41页vvvwmmxmmmvwVVV(1)vvxmmmvvvxvx vmm,;v h s,v h s。xvwVmvm vm vvvVm vwwVm v(1)()xxaxax aaax aaxaaxaa2222现在学习的是第22页，共41页三、计算步骤三、计算步骤1、确定状态已知（p，t）tst ts 过热蒸汽 t ts 未饱和水 已知（p，v）v,v”vv v”湿蒸汽 v v”过热蒸汽 xSx，hx2、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。2323现在学习的是第23页，共41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。2424现在学习的是第24页，共41页=0.5Mpa，v=0.36m3/kg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96.0vvvvxh=640.1 kJ/kg，h”=2748.5 kJ/kgs=1.8604 kJ/(kgK)，s”=6.8215 kJ/(kgK)(1)0.96 2748.5(1 0.96)640.12663.78/xhxhx hkJ kg(1)0.96 6.8215(1 0.96)1.86046.6231/()xsxsx skJkg K632663.780.5 100.36 102483.78/xxuhpvkJ kg2525现在学习的是第25页，共41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)2626现在学习的是第26页，共41页 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。2727现在学习的是第27页，共41页可逆过程的稳定流动能量方程：dddT shv pddqT s而根据熵的定义式：所以有：dddT shv p 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：pddhTs定温线斜率：TddddhpTvss2828现在学习的是第28页，共41页 在饱和蒸汽区域的汽化过程中，压力与温度保持不变，d0dpspTddddhhss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Td0dpspTddddhhss 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，TddpTsv 2929现在学习的是第29页，共41页定压线群定压线群联立：联立：dqp=dh dq=Tds，可得：可得：3030现在学习的是第30页，共41页 定温线群定温线群:在湿蒸在湿蒸汽区定压线就是定温汽区定压线就是定温线，因而定温线在湿线，因而定温线在湿蒸汽区为直线；在过蒸汽区为直线；在过热蒸汽区为向右凸曲热蒸汽区为向右凸曲的曲线，的曲线，越往右，定越往右，定温线越趋于水平。温线越趋于水平。定干度线群定干度线群:定干定干度线是度线是x=0和和x=1之间之间的等分线，在的等分线，在Ts、pv 图上如图。只有图上如图。只有在湿蒸气区才存在。在湿蒸气区才存在。3131现在学习的是第31页，共41页3232现在学习的是第32页，共41页目的目的：1 1）初、终状态参数；）初、终状态参数；2 2）过程功、热量以及焓、熵的变化量。）过程功、热量以及焓、熵的变化量。wuqtwhqpvuhhqpuqv21pdvwpvdwt2121Tdsq可逆过程可逆过程1）根据初态已知条件查图或表得到其他状态参数。）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。）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：）求解步骤：据初、终状态参数求出功、热量以及焓、熵变化量。据初、终状态参数求出功、热量以及焓、熵变化量。3333现在学习的是第33页，共41页一、定容过程一、定容过程（v=常数常数)021pdvwv2121,ppvvdpwvt体积功体积功技术功技术功 121211122212ppvhhvphvphuuqv二、定压过程二、定压过程（p=常数常数)1221vvppdvwp021,vdpwpt体积功体积功 技术功技术功122112hhvdphhqp3434现在学习的是第34页，共41页三、定温过程三、定温过程（T=常数常数)四、绝热过程四、绝热过程（s=常数常数)2112ssTTdsqT单位质量热量单位质量热量：11122212121212)(vphvphssTuussTuuqwTT)(121212,hhssThhqwTTt体积功：体积功：技术功：技术功：)()()(2221112112vphvphuuuuqwss2112,)(hhhhqwsst体积功：体积功：技术功：技术功：3535现在学习的是第35页，共41页21,hhwst1-21-2可逆过程：可逆过程：1-21-2不可逆过程：不可逆过程：21,hhwst2121,hhhhwwststoi 绝热效率（相对内效率）：绝热效率（相对内效率）：工程上对汽轮机而言，一工程上对汽轮机而言，一般给出相对内效率。般给出相对内效率。它反映了过程不可逆的程它反映了过程不可逆的程度，它越大，反映过程的不可度，它越大，反映过程的不可逆性愈小，它等于逆性愈小，它等于1时说明过程时说明过程是可逆的，也称为定熵效率。是可逆的，也称为定熵效率。3636现在学习的是第36页，共41页hsp2p1t112解：解：可逆过程可逆过程1-21-2：P1，t1h h1 1=3317kJ/kg=3317kJ/kg，s s1 1=6.8204kJ/(kg=6.8204kJ/(kg K)K)s2=s1=6.8204kJ/(kg6.8204kJ/(kg K)K)P2s s2 2=0.4762kJ/(kg=0.4762kJ/(kg K)K)，s s2 2”=8.3952kJ/(kg=8.3952kJ/(kg K)K)h h2 2=137.77kJ/kg137.77kJ/kg，h h2 2”=2561.2kJ/kg2561.2kJ/kg得注意：从222222222)1(,801.02sxsxsssssx kgkJhxhxh/207977.137)801.01(2.2561801.0)1(22222kgkJhhwt/123820793317213737现在学习的是第37页，共41页2hsp2p1t112不可逆过程不可逆过程1-21-2：kgkJwhhkgkJhhwwtoitoit/220312389.03317/111412389.01221P2s s2 2=0.4762kJ/(kg=0.4762kJ/(kg K)K)，s s2 2”=8.3952kJ/(kg=8.3952kJ/(kg K)K)h h2 2=137.77kJ/kg=137.77kJ/kg，h h2 2”=2561.2kJ/kg=2561.2kJ/kg得注意：从22222222)1(852.0hxhxhhhhhx)/(22321.7)1(2 22 2 2KkgkJsxsxs)/(4028.02 2KkgkJsssg2x 3838现在学习的是第38页，共41页（1）汽化、凝结（）汽化、凝结（2）饱和状态（饱和温度、饱和压力）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）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）液体热、过热热、汽化潜热、干度、临界点 （5）一点、两线、三区、五态一点、两线、三区、五态蒸汽的蒸汽的P-VP-V图、图、T-ST-S图图(一点、两线、三区、五态一点、两线、三区、五态)（3 3）水蒸气表）水蒸气表 a a、饱和水（用、饱和水（用 表示）和饱和水蒸汽表（用表示）和饱和水蒸汽表（用”表示）表示）b b、未饱和水和过热水蒸气表、未饱和水和过热水蒸气表(热力学能用热力学能用 U=h-PV U=h-PV 来计算来计算)c c、湿蒸汽用：、湿蒸汽用：Y x=X YY x=X Y”+(1-X)Y+(1-X)Y 来计算来计算 （4 4）h-S h-S图（定压线图（定压线P P、定温线、定温线T T、定干度线、定干度线X X）定容过程（定容过程（2）定压过程（）定压过程（3）定温过程（）定温过程（4）绝热过程）绝热过程 计算步骤：计算步骤：a、由两初态查表或图、由两初态查表或图 b、确定终态并查表、确定终态并查表 c、计算、计算 q w wt h S 等。等。3939现在学习的是第39页，共41页作业 P8283 习题：2、3、4、7燃料燃烧产生的热量水和蒸汽吸收的热量题提示：第B74040现在学习的是第40页，共41页4141现在学习的是第41页，共41页