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第2頁 電話 13789303851郵箱 pfwang 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 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 3 ThermodynamicsWark 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1 3位有效數(shù)字 具體幾位可參考相關章節(jié)的例題 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 水定壓汽化過程和水蒸汽的P V圖 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 內聚壓力 第9頁 純物質的熱力學曲面圖及相圖純物質狀態(tài)方程的一般形式為f p T v 0 在由p v T構成的三維坐標系中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 所以比熱容也是溫度和體積的函數(shù) 水蒸汽的熱力學能 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 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 各種純物質的飽和溫度與飽和壓力間都存在著一定的對應關系 如 水蒸氣的飽和壓力與飽和溫度的對應關系的經驗公式為 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) 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?既是定壓又是定溫的相變加熱過程 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 115MPatcr 374 12 vcr 0 003147m3 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) 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水蒸氣熱力性質表1 未飽和水與過熱水蒸氣的熱力性質表 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) 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 20MPa時飽和蒸汽的ts 365 71 因此 p 20MPa t 300 的水為未飽和水 即過冷水 且過冷度 t ts t 365 71 300 65 71 可見過冷水不一定很冷 同樣 由附表3查得 p 0 001MPa時飽和蒸汽的ts 6 982 因此 p 0 0001MPa 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 2p 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 0010928m3 kg v 0 37481m3 kg 濕蒸汽 h 640 1kJ kg h 2748 5kJ kgs 1 8604kJ kg K s 6 8215kJ kg K 第26頁 例6 3在壓力p 10MPa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 10MPa時 ts 310 96 可見t1 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 kgh1 1343 7kJ kgs1 3 2494kJ kg K 而t2 550 時為過熱水蒸氣 過熱度 t2 t2 ts 550 310 96 239 04 其比體積 比焓和比熵分別為 v2 0 03561m3 kgh2 3500 4kJ kgs2 6 7568kJ kg K 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 dhdq 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T s p v圖上如圖 只有在濕蒸氣區(qū)才存在 第32頁 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) 體積功技術功 二 定壓過程 p 常數(shù) 體積功技術功 第35頁 三 定溫過程 T 常數(shù) 四 絕熱過程 s 常數(shù) 單位質量熱量 體積功 技術功 體積功 技術功 第36頁 1 2可逆過程 1 2 不可逆過程 絕熱效率 相對內效率 工程上對汽輪機而言 一般給出相對內效率 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 kg K 第38頁 不可逆過程1 2 第39頁 1 基本概念 1 汽化 凝結 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 基本原理 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 Yx XY 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qwwthS等 本章小結 第40頁 作業(yè) P82 83習題 2 3 4 7 第41頁