《农业工程概论》PPT课件.ppt

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1、第五章第五章 水和水蒸气的性质水和水蒸气的性质基本知识点基本知识点应掌握有关蒸气的各种术语及其意义。应掌握有关蒸气的各种术语及其意义。例如：汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、例如：汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、饱和液体、饱和温度、饱和压力、三相点、饱和液体、饱和温度、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。临界点、汽化潜热等。了解蒸气定压发生过程及其在和图上的了解蒸气定压发生过程及其在和图上的一点、二线、三区和五态。一点、二线、三区和五态。了解蒸气图表的结构，并掌握其应用。了解蒸气图表的结构，并掌握其应用。掌握蒸气热力过程的热量和功量的计算。掌握蒸气热力过程的热量和功量的计算。本章重点本章重点1

2、.确定蒸气状态参数的独立变量 2.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。水和水蒸气是实际气体水和水蒸气是实际气体!水蒸气水蒸气在空气中含量极小，当作在空气中含量极小，当作理想气体理想气体一般情况下，一般情况下，水蒸气是由液态水经水蒸气是由液态水经汽化而来的一种气体，离液态较近，汽化而来的一种气体，离液态较近，为为实际气体实际气体，使用图表，使用图表18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质世纪，蒸气机的发明，是唯一工质直到内燃机发明，才有燃气工质直到内燃机发明，才有燃气工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质优点优点:便宜，易得

3、，无毒，便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好膨胀性能好，传热性能好 5-1 纯物质的热力学面及相图纯物质的热力学面及相图物质有三种聚集状态：物质有三种聚集状态：固态固态、液态液态、气态气态热力学面：热力学面：以以p,v,T表示的物质各种状态表示的物质各种状态的曲面的曲面水的三态：水的三态：冰冰、水水、蒸汽蒸汽水的热力学面水的热力学面两相区两相区单相区单相区气气液液固固pvT六个区：三个单相区、三个两相区六个区：三个单相区、三个两相区液液-气气固固-气气固固-液液pvT饱和线、三相线和临界点饱和线、三相线和临界点pv四个线：三个饱和线、一个四个线：三个饱和线、一个三相线三相线饱和气线饱和气线

4、三相线三相线饱和液线饱和液线饱和固线饱和固线T临界点临界点一个点：一个点：临界点临界点汽相和液相汽相和液相锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器因固相不流动，因固相不流动，更关心汽液两相更关心汽液两相冰蓄冷冰蓄冷5-2 汽化与饱和汽化与饱和沸腾：沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化表面和液体内部同时发生的汽化(气体和液体均处在饱和状态下气体和液体均处在饱和状态下)饱和状态：饱和状态：汽化与凝结的动态平衡汽化与凝结的动态平衡汽化汽化:由液态变成气态的物理过程由液态变成气态的物理过程(不涉及化学变化不涉及化学变化)蒸发：蒸发：汽液表面上的汽化汽液表面上的汽化凝结：由蒸汽

5、变成液体的过程。凝结：由蒸汽变成液体的过程。饱和状态饱和状态饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和温度饱和温度Ts饱和压力饱和压力ps一一对应一一对应放掉一些水，放掉一些水，Ts不变，不变，ps？TspspsTs=100青藏青藏psTs=85.95高压锅高压锅psTs=113.3213 几个名词：饱和液饱和液(saturatedliquid)处于饱和状态的液体：处于饱和状态的液体：t=ts干饱和蒸汽干饱和蒸汽(dry-saturatedvapor;dryvapor)处于饱和处于饱和状态的蒸汽：状态的蒸汽：t=ts未饱和液未饱和液(unsaturatedliquid)温

6、度低于所处压力下温度低于所处压力下饱和温度的液体：饱和温度的液体：tts,tts=d称过热度称过热度(degreeofsuperheat)。湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽(wet-saturatedvapor;wetvapor)饱和液和饱和液和干饱和蒸汽的混合物：干饱和蒸汽的混合物：t=ts使未饱和液达饱和状态的途径：使未饱和液达饱和状态的途径：5-3 水蒸气的定压发生过程水蒸气的定压发生过程t tsv vv=vv=vv v v未饱和水未饱和水饱和水饱和水 饱和湿蒸汽饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽饱和干蒸汽 过热蒸汽过热蒸汽h hh=hh=hh h hs ss=ss=ss s s水预热水预热汽化汽化过热过热水蒸

7、气定压发生过程说明水蒸气定压发生过程说明(1)(2)只有加热时熵永远增加只有加热时熵永远增加(3)理想气体理想气体实际气体汽化时，实际气体汽化时，TTs不变，但不变，但h增加增加汽化潜热汽化潜热:1kg饱和液体加热成同饱和液体加热成同温度下的干饱和蒸汽所需热量。温度下的干饱和蒸汽所需热量。(4)未饱和水未饱和水过冷度过冷度过冷水过冷水过热蒸汽过热蒸汽过热度过热度sp-v图，图，T-s图上的水蒸气定压加热过程图上的水蒸气定压加热过程一点，二线，三区，五态一点，二线，三区，五态5-4 水和水蒸气状态参数及其图表水和水蒸气状态参数及其图表状态公理：状态公理：简单可压缩系统，两个独立变量简单可压缩系统

8、，两个独立变量未饱和水及过热蒸汽，一般已知未饱和水及过热蒸汽，一般已知p、T即可即可饱和水和干饱和蒸汽，只需确定饱和水和干饱和蒸汽，只需确定p或或T湿饱和蒸汽，湿饱和蒸汽，p和和T不独立，汽液两相不独立，汽液两相1875年，吉布斯提出了年，吉布斯提出了吉布斯相律吉布斯相律水和水蒸气状态参数水和水蒸气状态参数确定的原则确定的原则1、未饱和水及过热蒸汽、未饱和水及过热蒸汽确定任意两个独立参数，如：确定任意两个独立参数，如：p、T2、饱和水和干饱和蒸汽、饱和水和干饱和蒸汽确定确定p或或T3、湿饱和蒸汽、湿饱和蒸汽除除p或或T外，其它参数与两相比例有关外，其它参数与两相比例有关两相比例由两相比例由干度

9、干度x确定确定定义定义干饱和蒸汽干饱和蒸汽饱和水饱和水对对干度干度x的说明：的说明：x=0饱和水饱和水x=1干饱和蒸汽干饱和蒸汽0 x 1在在过冷水过冷水和和过热蒸汽过热蒸汽区域，区域，x无意义无意义湿饱和蒸汽区状态参数湿饱和蒸汽区状态参数的确定的确定如果有如果有1kg湿蒸气，干度为湿蒸气，干度为x,即有即有xkg饱和蒸汽，饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。饱和水。已知已知p或或T(h,v,s,h,v,s)+干度干度xh,v,s水和水蒸气表水和水蒸气表两类两类2、未饱和水和过热蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表1、饱和水和干饱和蒸汽表饱和水和干饱和蒸汽表饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）饱和水和饱和水蒸

10、气表（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）饱和参数未饱和水和过热蒸汽表（节录）未饱和水和过热蒸汽表（节录）表的出处和零点的规定表的出处和零点的规定原则上可任取零点，国际上统一规定。原则上可任取零点，国际上统一规定。但但原则上不为原则上不为0，对水：对水：表依据表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表年第六届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编制，尽管的国际骨架表编制，尽管IFC（国际公式化委员会）（国际公式化委员会）1967和和1997年先后发表了分段拟合的水和水蒸气年先后发表了分段拟合的水和水蒸气热力性质公式，但工程上还主要依靠图表。热力性质公

11、式，但工程上还主要依靠图表。焓、内能、熵零点的规定：焓、内能、熵零点的规定：水的三相点水的三相点饱和参数未饱和水和过热蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表(注意下划线）注意下划线）焓熵图的画法焓熵图的画法(1)1、零点：零点：h=0，s=0；2、饱和汽线饱和汽线（上界线上界线）、饱和液线（）、饱和液线（下下界线界线）3、等压线群：等压线群：p两相区两相区pT=Const 斜直线斜直线单相区单相区 sT向上翘的发散的形线向上翘的发散的形线C点为分界点，不在极值点上点为分界点，不在极值点上焓焓熵熵图图hsCpx=1x=0pC焓熵图的画法焓熵图的画法(2)气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体气相区：离饱和态

12、越远，越接近于理想气体两相区：两相区：T、p一一对应，一一对应，T 线即线即p 线线在在x=0,x=1之间，从之间，从C点出发的等分线点出发的等分线同理想气体一样，同理想气体一样，v 线比线比p线陡线陡4、定温线定温线 T5、等容线等容线v6、等干度线等干度线x焓焓熵熵图图hsCx=1x=0pvTx5-5水蒸气的热力过程水蒸气的热力过程任务：任务：确定初终态参数，确定初终态参数，计算过程中的功和热计算过程中的功和热在在p-v、T-s、h-s图上表示图上表示热力过程：热力过程：p s T v注意与理想气体过程的区别注意与理想气体过程的区别第一定律与第二定律表达式均成立第一定律与第二定律表达式均成

13、立理想气体特有的性质和表达式不能用理想气体特有的性质和表达式不能用可逆可逆水蒸气的定压过程水蒸气的定压过程q=h wt=0uh2-h1-p(v2-v1)w=q-u342pv1例：例：锅炉中，水从锅炉中，水从30，4MPa,定压加热到定压加热到450q=h2-h1ts(4MPa)=锅炉、换热器锅炉、换热器水蒸气的定压过程水蒸气的定压过程例：例：水从水从30，4MPa,定压加热到定压加热到450q=h2-h12Tshs2h1=129.3kJ/kgh2=3330.7kJ/kgh2h1134143水蒸气的绝热过程水蒸气的绝热过程p12pvp2不可逆过程：不可逆过程：汽轮机、水泵汽轮机、水泵12可逆过程

14、：可逆过程：s1212q=0w=-uu=h2-h1-(p2v2-p1v1)水蒸气的绝热过程水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵汽轮机、水泵q=0212Ts不可逆过程：不可逆过程：可逆过程：可逆过程：sp1p2水蒸气的绝热过程水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵汽轮机、水泵q=0hs不可逆过程不可逆过程可逆过程：可逆过程：sp1p221h1h2h22透平内效率透平内效率水蒸气的定温过程水蒸气的定温过程实际设备中很少见实际设备中很少见pvTCTcT远离饱和远离饱和线，接近线，接近于于理想气理想气体体水蒸气的定温过程水蒸气的定温过程12Tshs122理想气体理想气体W=q-uu=h2-h1-(p2v2-p1v1)可

15、逆过程：可逆过程：12水蒸气的定容过程水蒸气的定容过程实际设备中不常见实际设备中不常见12pv水蒸气的定容过程水蒸气的定容过程1TshspT212vpv例：容积为例：容积为0.6 0.6 的密闭容器内盛有压力为的密闭容器内盛有压力为的干饱和蒸汽，问蒸汽的质量为多少，若对的干饱和蒸汽，问蒸汽的质量为多少，若对蒸汽进行冷却，当压力降低到蒸汽进行冷却，当压力降低到2bar2bar时，问蒸时，问蒸汽的干度为多少，冷却过程中由蒸汽向外传汽的干度为多少，冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少出的热量为多少?解：查以压力为序的饱和蒸汽表得：解：查以压力为序的饱和蒸汽表得：=3.6bar=3.6bar时，时，=

16、0.51056,=2733.8kJ/kg=0.51056,=2733.8kJ/kg蒸汽质量蒸汽质量 m=V/=1.1752kg m=V/=1.1752kg 查饱和蒸汽表得：查饱和蒸汽表得：=2bar=2bar时时，=0.0010608=0.0010608，=0.88592=0.88592 =504.7kJ/kg=504.7kJ/kg，=2706.9kJ/kg =2706.9kJ/kg在冷却过程中，工质的容积、质量不变，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故冷却前干饱和蒸汽的比容等于冷却后湿蒸汽的比容即：蒸汽的比容即：或或 由于由于 取蒸汽为闭系，由闭系能量方

17、程取蒸汽为闭系，由闭系能量方程 由于是定容放热过程，故由于是定容放热过程，故 所以所以 而而u u=h h-pvpv 故故 其中：其中：则则 Q=mqQ=mq 本章小结本章小结n学习本章的主要目的，是掌握正确应用蒸气热力性质图表处理工程实际问题的方法。蒸汽的参数一律应该从图或表中查得，而不宜用一些简单的经验公式，更不能使用仅实用于理想气体的一些公式。围绕查图或表注意以下一些问题：n1.确定蒸气状态状态参数的独立变量确定蒸气状态状态参数的独立变量 对有集态变化的工质，在确定其状态参对有集态变化的工质，在确定其状态参数时，应注意独立变量的数目。数时，应注意独立变量的数目。(1)对未饱和液体和过热蒸

18、气：对未饱和液体和过热蒸气：分别处于单分别处于单相区，所以相区，所以p，t，v，s，h等参数中，只要任等参数中，只要任意两个参数给定，其他参数就确定了。一般独意两个参数给定，其他参数就确定了。一般独立交量取立交量取(p，t)两个。两个。(2)对饱和液体和干饱和蒸气：对饱和液体和干饱和蒸气：无论是饱和无论是饱和液体还是干饱和蒸气都是单相的气，但它们又液体还是干饱和蒸气都是单相的气，但它们又都处于饱和状态下，压力和温度不是互相独立都处于饱和状态下，压力和温度不是互相独立的参数，而是一一对应的。因此，独立变量为的参数，而是一一对应的。因此，独立变量为1，一般可取，一般可取p或或t。即只要压力或者温度

19、确定，。即只要压力或者温度确定，其他参数，例如饱和液体的其他参数，例如饱和液体的v，s，h及干饱及干饱和蒸气的和蒸气的v，s，h等就都随之确定。等就都随之确定。(3)对湿饱和蒸气：对湿饱和蒸气：因为处于两相区，压因为处于两相区，压力力p和温度和温度t由由ps=f(ts)联系，只有一个是联系，只有一个是独立变量，而其他参数独立变量，而其他参数v，s，h却与湿蒸却与湿蒸气中的液体和气的比例密切相关。所以需气中的液体和气的比例密切相关。所以需引入另一个独立变量引入另一个独立变量“干度干度”状态才能确状态才能确定。要掌握干度的定义和计算确定方法，定。要掌握干度的定义和计算确定方法，以及利用干度确定状态

20、参数。以及利用干度确定状态参数。2查表查表 当需根据给定的已知参数由蒸气性质当需根据给定的已知参数由蒸气性质表查找物性数据时，如何判断应查饱和表表查找物性数据时，如何判断应查饱和表还是过热表呢还是过热表呢?一般而言，当不知工质处一般而言，当不知工质处于什么状态时，总是先查饱和表以判断工于什么状态时，总是先查饱和表以判断工质的状态，然后根据所处的状态查对应的质的状态，然后根据所处的状态查对应的表。判断工质所处状态的具体方法如下：表。判断工质所处状态的具体方法如下：若已知若已知(p，t)，查饱和表得已知压力，查饱和表得已知压力(或或温度温度)下的饱和温度下的饱和温度ts(p)或压力或压力ps(t)

21、，比，比较较t与与ts(p)的大小的大小tts(p)工质处于过热蒸气状态工质处于过热蒸气状态 也可通过比较给定的压力也可通过比较给定的压力p和和ps(t)之之间的大小，来确定工质所处的状态。间的大小，来确定工质所处的状态。若已知若已知p(或或t)及某一比参数及某一比参数y(v，或，或s，或，或h)，查饱和蒸气表得，查饱和蒸气表得y、y，比较，比较y与与y、y的大小，则的大小，则Yy 工质处于未饱和液体状态工质处于未饱和液体状态Yy y”工质处于过热蒸气状态工质处于过热蒸气状态若已知若已知p(或或t)及干度及干度x，则工质处于湿蒸气区，则工质处于湿蒸气区.对于未饱和液，由于其性质随压力的变对于未

22、饱和液，由于其性质随压力的变化很小，则可近似认为，其广延比参数化很小，则可近似认为，其广延比参数(v，或或h，或，或s)仅是温度的函数仅是温度的函数,工程计算中当一工程计算中当一时缺乏资料时，可用饱和液体的数据近似代时缺乏资料时，可用饱和液体的数据近似代替同温度下未饱和液体的数据。替同温度下未饱和液体的数据。处于其他状态的蒸汽，其性质如处于其他状态的蒸汽，其性质如cp、cv、h、u等都不是温度的单值函数，而是等都不是温度的单值函数，而是p或或v和和T的复杂函数，这是蒸气与理想气体的一的复杂函数，这是蒸气与理想气体的一个很大区别。显然，理想气体熵个很大区别。显然，理想气体熵s的计算公式的计算公式

23、也不适用于蒸气。也不适用于蒸气。3常用的蒸气热力过程常用的蒸气热力过程 在工程应用中，蒸气的定压过程和在工程应用中，蒸气的定压过程和绝绝热过程热过程是十分常见的过程，各种蒸气循是十分常见的过程，各种蒸气循环这两类过程组成。环这两类过程组成。思考题：思考题：n1 1物质的临界状态究竟是怎样一种状态物质的临界状态究竟是怎样一种状态?n2 2水水的的定定压压产产生生过过程程可可分分为为哪哪几几个个阶阶段段，经经历历哪哪几种状态，写出它们的名称。几种状态，写出它们的名称。n3 3对对水水蒸蒸汽汽的的热热力力过过程程和和理理想想气气体体热热力力过过程程 ，在分析方法上有何异同之处。在分析方法上有何异同之处。n4 4理理想想气气体体的的内内能能是是温温度度的的单单值值函函数数，而而实实际际的的内内能能则则与与T T、v v有有关关，试试计计算算任任意意两两个个温温度度相相同同而而比比容容不不同同的的状状态态下下蒸蒸气气的的内内能能，从从而而验验证证上上述述结结论。（取过热蒸气参数）。论。（取过热蒸气参数）。n5 5饱和水蒸气的焓值是否随压力和温度的升高而饱和水蒸气的焓值是否随压力和温度的升高而不断增大？过热蒸气的焓值呢？不断增大？过热蒸气的焓值呢？