干饱和蒸汽以及饱和线上的水的比体积
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工程上用的气态工质可以分为两类,即气体和蒸气,两者之间并无严格的界限。
蒸气泛指刚刚脱离液态或比较接近液态的气态物质,在被冷却或被压缩时,很容易变回液态。
一般地说,蒸气分子间的距离较小,分子间的作用力及分子本身的体积不能忽略,因此,蒸气一般不能作为理想气体处理。
工程上常用的蒸气有水蒸气、氨蒸气、氟利昂蒸气等。
由于水蒸气来源丰富,耗资少,无毒无味,比热容大,传热好,有良好的膨胀和载热性能,是热工技术上应用最广泛的一种工质。
各种物质的蒸气虽然各有特点,但其热力性质及物态变化规律都有许多类似之处。
这里仅以水蒸气(简称蒸汽)为例,对它的产生、状态的确定及其基本热力过程进行分析。
1. 蒸气是由液体汽化而产生的。
液体汽化有两种形式:蒸发和沸腾。
蒸发是在液体表面进行的汽化现象。
由于液体分子处于无规则的热运动状态,每个分子的动能大小不等,在液体表面总会有一些动能大的分子克服邻近分子的引力而逸出液面,形成蒸气,这就是蒸发。
蒸发可以在任何温度下进行,但温度愈高,能量较大的分子愈多,蒸发愈强烈。
与蒸发不同,在给定的压力下,沸腾是在某一特定温度下发生、在液体内部和表面同时进行并且伴随着大量汽泡产生的剧烈的汽化现象。
实验证明,液体沸腾时,尽管对其继续加热,但液体的温度保持不变。
无论蒸发还是沸腾,如果液面上方是和大气相连的自由空间,那么一般情况下汽化过程可以一直进行到液体全部变为蒸气为止。
当液体在有限的密闭空间内汽化时,则不仅有分子逸出液体表面而进入蒸气空间,而且也会有分子从蒸气空间落到液体表面,回到液体中。
开始时,单位时间从液面逸出的分子多于返回液面的分子,蒸气空间中的分子数不断增加。
但当蒸气空间中蒸气的密度达到一定程度时,在同一时间内逸出液面的分子就会与回到液面的分子数目相等,气、液两相达到了动态平衡,这种状态称为饱和状态。
饱和状态下的液体和蒸气分别称为饱和液体和饱和蒸气。
饱和蒸气的压力和温度分别称为饱和压力(用p s表示)和饱和温度(用t s表示),二者一一对应,且饱和压力愈高,饱和温度也愈高,例如:对于水蒸气,当p s=0.10325MPa 时,t s=100℃;当p s=1MPa 时,t s=179.916℃。
饱和水蒸汽压力与温度、密度、蒸汽焓、气化热的关系对照表一.什么是水和水蒸气的焓?水或水蒸气的焓h,是指在某一压力和温度下的1千克水或1千克水蒸气内部所含有的能量,即水或水蒸气的内能u与压力势能pv之和(h=u+pv)。
水或水蒸气的焓,可以认为等于把1千克绝对压力为0.1兆帕温度为0℃的水,加热到该水或水蒸气的压力和温度下所吸收的热量。
焓的单位为“焦/千克”。
(1)非饱和水焓:将1千克绝对压力为0.1兆帕温度为0℃的水,加热到该非饱和水的压力和温度下所吸收的热量。
(2)饱和水焓:将1千克绝对压力为0.1兆帕温度为0℃的水,加热到该饱和水的压力对应的饱和温度时所吸收的热量。
饱和温度随压力增大而升高,因此饱和水焓也随压力增大而增大。
例如:绝对压力为3.92兆帕时,饱和水焓为1081.9 x 103焦/千克;在绝对压力为9.81兆帕时,饱和水焓则为1399.3 x 103焦/千克。
(3)饱和水蒸气焓:分为干饱和水蒸气焓和湿饱和水蒸气焓两种。
干饱和水蒸气焓等于饱和水焓加水的汽化潜热;湿饱和水蒸气焓等于1千克湿饱和蒸汽中,饱和水的比例乘饱和水焓加干饱和汽的比例乘干饱和汽焓之和。
例如:绝对压力为9.81兆帕时,饱和水焓为1399.3 x103焦/公斤;汽化潜热为1328 x103焦/公斤。
因此,干饱和水蒸气的焓等于:1399.3x103+1328x103=2727.3 x 103焦/千克。
又例如:绝对压力为9.81兆帕的湿饱和水蒸气中,饱和水的比例为0.2,(即湿度为20%)干饱和水蒸气比例为0.8(即干度为80%),则此湿饱和水蒸气的焓为1399.3 x103 x 0.2十2727.3 x103x0.8=2461.7 x 103焦/千克。
(4)过热水蒸气焓:等于该压力下干饱和水蒸气的焓与过热热之和。
例如:绝对压力为9.81兆帕,温度为540℃的过热水蒸气的干饱和水蒸气的焓为2727.3 x 103焦/千克,过热热为750.4 x 103焦/千克。
一、多项选择题1.在下列参数中,属于热力学中过程量的有(B. 功D. 热量)2.热力学第一定律应用于闭口系时,适用于(ABCDE )A.理想气体B.实际气体C.可逆过程D.不可逆过程E.工质膨胀3.下列各式中正确的闭口系热力学第一定律解析式为(A.dq=du+dw B.dq=du+pdv )4.提高以水蒸气为工质的朗肯循环的热效率,可以采取(ABCDE)A.提高蒸汽初压力B提高蒸汽初温度C降低排汽压 D采用蒸汽中间再热E采用给水回热5.水由过冷水状态定压加热到过热蒸汽状态,要经过若干状态变化过程,它们包括( ACD)A.预热过程C.汽化过程D.过热过程6.对饱和水进行定压加热至干饱和蒸汽时,状态参数发生变化的有( BCD )B.比体积C.比焓D.比熵7.欲求已知压力下湿饱和蒸汽的状态参数比容v x,需由相关参数经计算求得,它们是(ACD )A.饱和水比容υ'C.干饱和蒸汽比容υ''D.干度x8.蒸汽在喷管中绝热膨胀,下列参数值增加的有(C.流速D.比体积)9.蒸汽在喷管中作绝热膨胀过程,以下状态参数减少的有(A压力B温度C比焓)10.具有热辐射能力的物体包括( ABCD )A.0℃的铁B.-200℃的液态氧C.35℃的空气D-273.16℃的固态氦11.物体的辐射黑度只取决于物体本身的(A温度C物理性质)12.按照换热的物理特点不同,物体间换热的基本方式有( ACD )A.热传导C.对流换热D辐射换热13.在火力发电厂的设备中,属于表面式换热器的部件有( ACD )A锅炉过热器C高压加热器D凝汽器14.下列火力发电厂设备中属于混合式换热器的有( AC )A除氧器C过热蒸汽的喷水减温器15.热辐射与导热、对流换热相比,其不同..的特点是( AB )A不需要任何形式的中间介质B不仅有能量交换,而且还有能量形式的转化16.下列关于反击式水轮机装设尾水管的说法中正确的有( ABCD )A提高了水能利用率B是水轮机发生汽蚀现象的原因C增大了水轮机损耗D起平稳引水作用17.水轮机调节系统的基本任务包括( AC )A调整水轮机功率,使之随时满足用户对用电量的需求C维持水轮机转速,使供电频率在允许波动范围之内18.在水力发电厂中,与电厂成本有关的因素有( ABCD )A年均发电量B水电厂工人工资C生产办公费用D水电厂建筑折旧费用19.对于恒定流,在任何条件下下列说法中都正确的有(BC )B.过水断面上各点的水流流速不都相等C.各过水断面上的流量相等20.影响水轮发电机组发电功率的因素包括( ABDE )A工作水头B输入流量D容积损失E出口水流绝对速度二、填空题1.热力循环中对外做出的膨胀功大于外界对系统的压缩功,该热力循环称为正向循环。