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1、第2頁,電話：13789303851 郵箱：,主要研究方向：礦井通風、煤礦瓦斯防治及利用等。,主講人簡介：,王鵬飛，男，1984年8月生，江西九江人,博士，講師。 2002年9月-2006年7月，湖南科技大學建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)學習，獲學士學位； 2006年9月-2009年7月，湖南科技大學安全技術(shù)及工程專業(yè)學習，獲碩士學位； 2009年9月-2012年6月，中南大學安全技術(shù)及工程專業(yè)學習，獲博士學位； 2012年6月至今，湖南科技大學能源與安全工程學院任教；,第3頁,上課前預習，帶著問題來聽課； 上課認真聽講并積極思考； 弄清基本概念，注意每章后的思考題; 理解計算公式的推導過程

2、； 熟記重要的方程和公式； 獨立地按時完成作業(yè)并按時遞交作業(yè)； 除教材外，手頭備有2-3本參考書籍； 不懂的地方查閱文獻或與同學討論或請教老師和同學。及時解決所遇到的問題。,參考書目：,1工程熱力學嚴家騄，王永青編著，高教出版社,3Thermodynamics Wark Richards,2工程熱力學精要分析及典型題精解 何雅玲， 西安交通大學出社,如何學好工程熱力學？,第4頁,作業(yè)工整，每做完一道題，空一行。 可以不抄題目，但要寫出題次、必要時畫出簡圖、寫出已知條件和需要求解的問題。 解題過程要完整，如寫出公式后要完整的代入數(shù)據(jù)。 小數(shù)點后一般保留13位有效數(shù)字，具體幾位可參考相關(guān)章節(jié)的例題

3、。,對作業(yè)的要求,第5頁,考試成績的評定,（1）平時作業(yè)及上課表現(xiàn)10% （2）考勤 10% （3）實驗10% （4）期末考試70%,第6頁,提 綱,第六章 水蒸汽的熱力性質(zhì)和過程,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 水的定壓汽化過程和 水蒸汽的p-v圖及T-S圖 第三節(jié) 水蒸汽表 第四節(jié) 水蒸汽的h-s圖 第五節(jié) 水蒸汽的基本熱力過程,第7頁,1、熟練掌握水蒸汽的有關(guān)基本概念： （1）飽和水（飽和溫度、飽和壓力） （2）過冷度（過冷水）、過熱度（過熱蒸汽） （3）液體熱、過熱熱、汽化潛熱、干度、臨界點 （4） 一點、兩線、三區(qū)、五態(tài) 2、熟練掌握水蒸汽的熱力性質(zhì)、水定壓汽化過程和水蒸汽的 P-V圖

4、、T-S圖 3、掌握水蒸汽表和利用水蒸汽表進行五態(tài)的相關(guān)基本計算 4、掌握水蒸汽的h-S圖和基本熱力過程計算,基本要求：,第8頁,第一節(jié) 概 述,范德瓦爾方程：,理想氣體方程：,分子本身體積的修正項,（1）考慮分子本身體積修正項：,（2）考慮分子間相互作用力修正項：,（ 內(nèi)聚壓力）,第9頁,純物質(zhì)的熱力學曲面圖及相圖 純物質(zhì)狀態(tài)方程的一般形式為 f (p,T,v)=0, 在由 p-v-T 構(gòu)成的三維坐標系中 f (p,T,v)=0 是一復雜曲面,曲面上的每一點代表一個平衡狀態(tài)，這個曲面稱為熱力學曲面。,實際氣體的熱力學能和焓不僅是溫度的函數(shù)，且與體積有關(guān)，所以比熱容也是溫度和體積的函數(shù)。,水

5、蒸汽的熱力學能、焓和熵通過查圖和表求得。,（邁耶方程）,第10頁,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,固液,氣體,臨界點,液體,液汽,三相線,固汽,蒸汽,p,T,v,p常數(shù),T常數(shù),,,,,,固體,,,,,水的熱力學曲面圖,第11頁,,,,,,,,,固液,液 體,固 體,o 三相點,蒸 氣,,,A,固汽,液汽,C,,,B,p,T,,,水的p-T相圖,,,,氣 體,,,,,（汽化曲線）,（熔解曲線）,（升華曲線）,,臨界點,熱力學曲面在p-T平面上的投影被稱為p-T圖,又稱為相圖。,第12頁,第二節(jié) 水的定壓汽化過程和 水蒸氣的P-V圖及T-S圖

6、,第13頁,2) 飽和溫度、飽和壓力 飽和狀態(tài)下的溫度和壓力分別稱為飽和溫度 ts和 飽和壓力ps。各種純物質(zhì)的飽和溫度與飽和壓力間都存在著一定的對應 關(guān)系。如:水蒸氣的飽和壓力與飽和溫度的對應關(guān)系的經(jīng)驗公式為,1) 飽和狀態(tài) 在兩相區(qū)中,有兩種不同的相平衡共存,它們具有相同的 壓力和溫度。這種兩相平衡共存的狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。,3) 飽和液體和飽和蒸汽 飽和狀態(tài)下的液體和汽體分別稱為飽和液體 和飽和蒸汽(或干飽和蒸汽)。飽和液體與飽和蒸汽組成的混合物稱為 濕飽和蒸汽。,式中, ts的單位為, ps的單位為atm。此式只能用于100附近。,1 基本概念,第14頁,第15頁,五個狀態(tài)：

7、 （1）a：未飽和水（過冷水），t < ts 過冷度t = ts- t , p、T 是獨立的狀態(tài)參數(shù)，單相均勻系= f ( p， T )。 （2）b：飽和水，t = ts ， p、T 不再是獨立的狀態(tài)參數(shù) 處于平衡態(tài)單相均勻系= f ( p或 T )。v，u，h，s （3）d：干飽和蒸汽，t = ts ， p、T 不再是獨立的狀態(tài)參數(shù) 處于平衡態(tài)單相均勻系= f ( p或T )。v”，u”，h”，s”,第16頁,（4）c：濕蒸汽，飽和水和飽和蒸汽的混合物 t = ts ， p、T 不是獨立的狀態(tài)參數(shù)。 處于平衡態(tài)雙相非均勻系= f ( p或T，x )。 干度x：1kg濕蒸汽中含xkg

8、的飽和蒸汽，(1-x)kg飽和水。,（5）e：過熱蒸汽，t ts , 過熱度t = t- ts , p、T 是獨立的狀態(tài)參數(shù)，單相均勻系= f ( p , T )。,第17頁,三個階段： 1）定壓預熱階段a-b：未飽和水變?yōu)轱柡退?。比液體熱： 2）定壓汽化階段b-c-d：飽和水變?yōu)楦娠柡驼羝仁嵌▔河质嵌氐南嘧兗訜徇^程。比汽化潛熱： 3）定壓過熱階段d-e：飽和蒸汽變成過熱蒸汽，比過熱熱：,,,,,,,,va,v,v”,vx,v,p,e,b,a,v,c,d,,,,,,1,T,s,2,,,水蒸氣定壓生成過程中熱量的計算,第18頁,3 水蒸氣的p-v圖和T-s圖,（1）飽和水線 各種壓力

9、下飽和水狀態(tài)點的連線，又稱下界線，沿此線x=0;,（2）干飽和蒸汽線 各種壓力下干飽和蒸汽狀態(tài)點的連線，又稱上界線，沿此線x=0;,（3）臨界點C 飽和水線和干飽和蒸汽線的交點。水的臨界點C基本狀態(tài)參數(shù)為： pcr=22.115 MPa tcr=374.12 vcr=0.003147 m3/kg,第19頁,,,,,,C,20,10,,,C,,,,,,,,,,10(20),p,v,T,s,,,,,,,,,,,,,水的臨界參數(shù):,,,,,,,,,,區(qū)是未飽和水區(qū),區(qū)是濕飽和蒸汽區(qū),區(qū)是過熱蒸汽區(qū)。,第20頁,一點:臨界點; 兩線:飽和水線、干飽和蒸汽線; 三區(qū):未飽和水區(qū)、濕飽和蒸汽區(qū)

10、、過熱蒸汽區(qū); 五態(tài):未飽和水、飽和水、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽。,第21頁,工程上認為三相點液相水的焓取零已足夠準確。,根據(jù)1963年的國際水蒸氣會議規(guī)定，選取水三相點的液相水 作為基準點，規(guī)定該點狀態(tài)下液相水的內(nèi)能和熵為零。,6.3.1基準點的確定,三相點狀態(tài)下液相水的參數(shù)為,根據(jù)焓的定義,可求出此狀態(tài)下液相水的焓應為,6.3.2水蒸氣熱力性質(zhì)表 1)未飽和水與過熱水蒸氣的熱力性質(zhì)表,可直接查取未飽和水和過熱蒸汽參數(shù)（附表4）。,第三節(jié) 水蒸氣表,第22頁,2) 飽和水與飽和水蒸氣的熱力性質(zhì)表 （按溫度排列附表2和按壓力排列附表3）,(1)可直接查取飽和水的參數(shù)和干飽和蒸汽的參數(shù)

11、,(2)計算濕飽和蒸汽的參數(shù),干 度,容器中濕飽和蒸汽的體積,則濕飽和蒸汽的比容,飽和蒸汽,飽和水,,而飽和蒸汽占體積,飽和水占體積,濕飽和蒸汽,,第23頁,三、計算步驟,1、確定狀態(tài),已知（p，t）,已知（p，v）,2、根據(jù)狀態(tài)查相應的圖或表，濕蒸汽查飽和水與飽和蒸汽表，再利用干度公式求出。,3、熱力學能利用公式u=h-pv求得。,第24頁,例6-1 有一種說法：“過冷水一定很冷，過熱水蒸氣一定很熱”，試用水蒸氣表對此說法予以評論。,解 由附表3查得，p=20 MPa時飽和蒸汽的ts=365.71。因此， p=20 MPa， t=300的水為未飽和水，即過冷水，且過冷度t=ts-t=365.

12、71-300=65.71，可見過冷水不一定很冷。,同樣，由附表3查得，p=0.001 MPa時飽和蒸汽的ts=6.982。因此， p=0.0001 MPa， t=16.982的水蒸氣為過熱水蒸氣，且過熱度t=t-ts=16.982-6.982=10，可見過熱水蒸氣不一定很熱。,第25頁,例6-2 p=0.5Mpa，v=0.36m3/kg，確定狀態(tài)，并求出溫度、比焓、比熱力學能和比熵。,解：查飽和水與飽和蒸汽表 ts=151.85 C，v=0.0010928 m3/kg，v”=0.37481 m3/kg,濕蒸汽,h=640.1 kJ/kg，h”=2748.5 kJ/kg s=1.8604 kJ/

13、(kgK)，s”=6.8215 kJ/(kgK),第26頁,例 6-3 在壓力p=10 MPa下，對水進行定壓加熱，當其溫度分別達到t1=300和t2=500時，試確定所處狀態(tài)。,解 由未飽和水與過熱水蒸氣（附表4）得，當p=10 MPa時， ts=310.96?？梢妕1=300時為未飽和水，過冷度 t1=ts-t1=310.96-300=10.96 其比體積、比焓和比熵分別為： v1=0.0013978m3/kg h1=1343.7 kJ/kg s1=3.2494 kJ/(kgK) 而t2=550時為過熱水蒸氣，過熱度 t2=t2-ts=550-310.96=239.

14、04 其比體積、比焓和比熵分別為： v2=0.03561m3/kg h2=3500.4 kJ/kg s2=6.7568 kJ/(kgK),第27頁,第四節(jié) 水蒸氣的h-s圖,我們用過 p-v 圖、T-s 圖,這在熱力過程的分析中常用，一個叫示功圖，一個叫示熱圖.但功和熱都是一塊面積，不直接，而用h-s 圖可用線段來表示功和熱.h-s圖由上界線、下界線及定壓線群，定溫線群，定容線群、定干度線群組成。,第28頁,可逆過程的穩(wěn)定流動能量方程：,而根據(jù)熵的定義式：,所以有：,根據(jù)熱力學關(guān)系式可得到h-s圖上定壓線、和定溫線的斜率分別為：,定壓線斜率：,定溫線斜率：,第29頁,在飽和蒸汽區(qū)域的汽

15、化過程中，壓力與溫度保持不變，,所以:,和,即在濕蒸汽區(qū)域，定壓線的斜率就是定溫線的斜率，并且是一條斜率不變的直線。,進入過熱蒸汽區(qū)后，由于 ,因此,因此，在這一區(qū)域，定壓線較陡，而定溫線較為平坦。隨著溫度升高、壓力降低，蒸汽越來越接近理想氣體，這時定溫線將趨于水平，,第30頁,定壓線群,聯(lián)立：dqp = dh dq = Tds，,可得：,,第31頁,定溫線群:在濕蒸汽區(qū)定壓線就是定溫線，因而定溫線在濕蒸汽區(qū)為直線；在過熱蒸汽區(qū)為向右凸曲的曲線， 越往右，定溫線越趨于水平。 定干度線群:定干度線是x=0和x=1之間的等分線，在Ts、pv 圖上如圖。只有在濕蒸氣區(qū)才存在。,第32頁

16、,第33頁,第五節(jié) 水蒸氣的基本熱力過程,目的：1）初、終狀態(tài)參數(shù)； 2）過程功、熱量以及焓、熵的變化量。,1）根據(jù)初態(tài)已知條件查圖或表得到其他狀態(tài)參數(shù)。 2）根據(jù)過程特征和終態(tài)參數(shù)查圖或表得其他終態(tài)參數(shù)。 3）求解步驟： 據(jù)初、終狀態(tài)參數(shù)求出功、熱量以及焓、熵變化量。,第34頁,一、定容過程（v = 常數(shù) ),體積功 技術(shù)功,二、定壓過程（p = 常數(shù) ),體積功 技術(shù)功,,第35頁,三、定溫過程（T= 常數(shù) ),四、絕熱過程（s = 常數(shù) ),單位質(zhì)量熱量：,體積功： 技術(shù)功：,體積功： 技術(shù)功：,,,第36頁,1-2可逆過程：,1-2不可逆過程：,絕熱效率（相對

17、內(nèi)效率）：,工程上對汽輪機而言，一般給出相對內(nèi)效率。 它反映了過程不可逆的程度，它越大，反映過程的不可逆性愈小，它等于1時說明過程是可逆的，也稱為定熵效率。,第37頁,例6-6 (P82),解：可逆過程1-2：,s2=s1= 6.8204kJ/(kgK),,,,,第38頁,不可逆過程1-2：,,,,,第39頁,1?；靖拍睿? （1）汽化、凝結(jié)（2）飽和狀態(tài)（飽和溫度、飽和壓力） （3）過冷度（過冷水）、過熱度（過熱蒸汽） （4）液體熱、過熱熱、汽化潛熱、干度、臨界點 （5） 一點、兩線、三區(qū)、五態(tài) 2?；驹恚? （1）水的定壓汽化過程(三個階段：定壓預熱、定壓汽化、定壓過熱） （2）水蒸汽的P-V圖、T-S圖(一點、兩線、三區(qū)、五態(tài)) （3）水蒸氣表 a、飽和水（用 表示）和飽和水蒸汽表（用”表示） b、未飽和水和過熱水蒸氣表(熱力學能用 U=h-PV 來計算) c、濕蒸汽用：Y x = X Y” + (1-X)Y 來計算 （4） h-S圖（定壓線P、定溫線T、定干度線X） 3。水蒸汽的熱力過程和應用 (1) 定容過程（2）定壓過程（3）定溫過程（4）絕熱過程 計算步驟：a、由兩初態(tài)查表或圖 b、確定終態(tài)并查表 c、計算 q w wt h S 等。,本章小結(jié)：,第40頁,作業(yè),P8283 習題：2、3、4、7,第41頁,