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热力学水蒸汽

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工程热力学基础——第七章蒸汽动力循环

工程热力学基础——第七章蒸汽动力循环

第四节 回热循环
一、回热循环的装置系统图和T-S 图 分析朗肯循环，导致平均吸热温度不高的原 因是水的预热过程温度较低，故设法使吸热过程 的预热热量降低，提出了回热循环。 回热是指从汽轮机的适当部位抽出尚未完全 膨胀的压力、温度相对较高的少量蒸汽，去回热 加热器中加热低温冷凝水。这部分抽汽未经凝汽 器，因而没有向冷源放热，但是加热了冷凝水， 达到了回热的目的，这种循环称为抽汽回热循环。
b
5
a
6
（4）
A
图8 再热循环的T-S图
二、再热循环工作原理
从图可以看出，再热部分实际上相当于在原来 的郎肯循环1A3561的基础上增加了一个附加的循环 ab2Aa。一般而言，采用再热循环可以提高3%左右的 热效率。
三、再热循环经济性指标的计算
1、热效率
t
w0 q1
(h1 ha ) (hb h2 )
第七章 蒸汽动力循环
本章重点
水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循 环、热电循环的组成、热效率计算及提高 热效率的方法和途径
第一节 朗肯循环
一、水蒸汽的卡诺循环
1、水蒸汽的卡诺循环的组成，如图1 2、水蒸汽的卡诺循环在蒸汽动力装置中不被应用
原因：
T
（1）、T1不高（最高
不超 374 0 C ），T2不低
(h1
h2
)
(hb
h a
)
2、汽耗率
d 3600
3600
w0 (h1 ha ) (hb h2 )
四、再热循环分析
1、采用再热循环后，可明显提高汽轮机排 汽干度，增强了汽轮机工作的安全性； 2、正确选择再热循环，不仅可提高汽轮机 排汽干度，还可明显提高循环热效率； 3、采用再热循环后，可降低汽耗率； 4、因要增设再热管道、阀门等设备，采用 再热循环要增加电厂的投资，故我国规定 单机容量在125MW及以上的机组才采用此循 环。 [例7-2] 注意，再热后，各经济指标的变化

热工学水蒸气的状态参数

热工学水蒸气的状态参数
水在临界压力或高于临界压力下定压加热 到临界温度时，不存在汽液分界线和汽液共存 的汽化过程，再加热就直接成为过热蒸汽。
一、 水蒸气的状态参数
一般情况下，水蒸气的性质与理想气体差别 很大 ,为了便于工程计算，将不同温度和不压力 下的未饱和水、饱和水、干饱和蒸汽和过热蒸汽 的状态参数列成表或绘成线算图。
饱和水与饱和蒸气表
分为以温度为序（附录表5）和以压力为序 （附录表6）两种。
1
2
遵循国际规定，蒸气表取三相点液相水的 热力学能和熵为零。在三相点，液相水的状态 参数为p=611.7Pa , v=0.00100021m3/kg,
T=273.16K, s=0kj/(kg*K) , u=0kj/kg 根据焓的定义
确定蒸汽状态除了使用利用查蒸汽表，还
可以使用用表中数据制成的状态图。在使用中， 尤其对水蒸气的热力过程进行分析及计算时， 图比表更加直观。
水蒸气的焓熵图
C 临界点
CA下界线 CB上界线
定压线
定容线
定温线
定干度线
湿蒸汽区的
定压线就是
定温线。
9
h=u+pv=0+611.7Pa*0.0010021m3/kg
=0.00061kj/kg≈0kj/kg
湿蒸汽由压力相同的饱和水和干蒸汽所组 成的混合物，要确定其状态除了知道其压力或 者温度外，还必须知道其干度x。
有干度定义，1kg湿蒸汽由x kg干蒸汽和（1-x） kg湿蒸汽组成。
vx=xv''+(1-x)v'=v'+x(v''-v')
（2）p=5kPa， s=6.5042kj/（kg·K） 查压力序蒸汽表知， 饱和水比熵s'=0.4761kj/kg 饱和水蒸气比熵s''=8.3930kj/kg 可知s'<s<s''，所以该状态为湿蒸汽。

工程热力学第七章第一部分水蒸汽ppt课件

工程热力学第七章第一部分水蒸汽ppt课件
汽化: 由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化)
Vaporization
蒸发：汽液表面上的汽化 沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化
Boil (气体和液体均处在饱和状态下)
饱和状态Saturation state
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
Saturation temperature 饱和温度Ts 一一对应 饱Sa和tu压ra力tiopns pressure
六个区：三水个的单热相力区、学三面个两相区
单相区
液
p
气
固--液
p
两相区
液--气
T
Tห้องสมุดไป่ตู้
固
v
固--气 v
饱和线、三相线和临界点
Saturation line Triple line
饱和液线
临界点
p
饱和气线
三相线
饱和固线
ptp
v
611.2Pa,TTtp
273.16K
四个线：三个饱和线、一个三相线
一个点：临界点
未饱和液，过冷液 Subcooled liquid 压缩液 Compressed liquid
饱和液 Saturated liquid
饱和湿蒸气
Saturated liquid-vapor mixture 饱和蒸气 Saturated vapor 过热蒸气 Superheated vapor 汽化潜热 Latent heat of Vaporization
3. 水蒸气图表的结构和应用
4. 水蒸气热力过程
蒸汽 水蒸气 Steam Vapor
蒸气
§ 7-1 纯物质的热力学面及相图
Pure substance Solid Liquid Gas

10工程热力学第十章 水蒸气及蒸汽动力循环

10工程热力学第十章 水蒸气及蒸汽动力循环

10-3 水蒸气的热力过程 目的—确定过程的能量转换关系 分析水蒸气热力过程的目的 确定过程的能量转换关系, 分析水蒸气热力过程的目的 确定过程的能量转换关系, 包括w 以及 以及u和 等 因此,需确定状态参数的变化. 包括 ,q以及 和Δh等.因此,需确定状态参数的变化. 确定过程的能量转换关系的依据为热力学第一,二定律: 确定过程的能量转换关系的依据为热力学第一,二定律:
图和T-s图 三,水蒸气的p-v图和 图 水蒸气的 图和
分析水蒸气的相变图线可见,上,下界线表明了水汽化的始末界线, 分析水蒸气的相变图线可见, 下界线表明了水汽化的始末界线, 二者统称饱和曲线, 图分为三个区域,即液态区( 二者统称饱和曲线,它把p-v和T-s图分为三个区域,即液态区(下 界线左侧) 湿蒸汽区(饱和曲线内) 汽态区(上界线右侧) 此外, 界线左侧),湿蒸汽区(饱和曲线内),汽态区(上界线右侧).此外, 习惯上常把压力高于临界点的临界温度线作为"永久" 习惯上常把压力高于临界点的临界温度线作为"永久"气体与液体 的分界线.所以,水蒸气的相变图线,可以总结为一点(临界点) 的分界线.所以,水蒸气的相变图线,可以总结为一点(临界点), 二线(上界线,下界线) 三区(液态区,湿蒸汽区,气态区) 二线(上界线,下界线),三区(液态区,湿蒸汽区,气态区)和五态 未饱和水状态,饱和水状态,湿饱和蒸汽状态,干饱和蒸汽状态, (未饱和水状态,饱和水状态,湿饱和蒸汽状态,干饱和蒸汽状态, 过热蒸汽状态) 过热蒸汽状态)
q = h h ′′
显然, 的水加热变为过热水蒸气所需的热量, 显然,将0.01℃的水加热变为过热水蒸气所需的热量,等于液 的水加热变为过热水蒸气所需的热量 体热,汽化潜热与过热热量三者之和. 体热,汽化潜热与过热热量三者之和.而且整个水蒸气定压发生过 程及各个阶段中的加热量,均可用水和水蒸气的焓值变化来计算 用水和水蒸气的焓值变化来计算. 程及各个阶段中的加热量,均可用水和水蒸气的焓值变化来计算.

1mol水变成同温同压水蒸气热力学能

1mol水变成同温同压水蒸气热力学能

1mol水变成同温同压水蒸气热力学能
水在同温同压条件下从液态变为气态时，会吸收热量。

这个过程称为水的蒸发。

在蒸发过程中，水的热力学能发生了变化。

根据热力学第一定律，能量守恒，即系统的内能变化等于吸收的热量减去对外做功或输出的热量。

在这个过程中，系统是绝热的，即没有热量输入或输出，因此对外做功为0。

假设水的初始温度为T，此时水蒸气的温度也为T。

设水的摩尔热容为C，水的摩尔气化热为ΔH。

根据热力学第一定律，系统的内能变化可以表示为：
ΔU = Q - W
其中，ΔU为系统的内能变化，Q为吸收的热量，W为对外做的功。

在水蒸发过程中，由于没有对外做功，W=0，所以：
ΔU = Q
由于水蒸发是吸热过程，吸收的热量Q为正值。

根据定义，水的摩尔气化热ΔH定义为1摩尔物质从液态转变为气态时吸收的热量，所以单位摩尔水蒸发所吸收的热量为ΔH。

因此，1摩尔水变为同温同压下的水蒸气的热力学能为ΔH。

工程热力学-06 水蒸气的热力性质

工程热力学-06 水蒸气的热力性质

(t
−
ts
)
=
c
p
t ts
D
6-2 水蒸气的产生过程
• 水蒸气在定压过热过程中吸收的热量也等
于焓的增加：
（64;
• 式中，h一定压力为p、温度为t时过热水蒸气的 焓。过热水蒸气的焓为
h = h"+ q" = h0 + q '+ r + q"
（6-15）
6-2 水蒸气的产生过 程
蒸发热(液体温度越低，蒸发热越高)
蒸发制冷
1
2、饱和状态
逸出的分子数 = 被液面俘获的分子数
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
饱和状态：汽化和液化达到动态平 衡共存的状态
饱和水、饱和水蒸气 饱和液体、饱和蒸气
饱和温度Ts 饱和压力ps
饱和状态
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
饱和温度Ts 饱和压力ps
一一对应
§6-2 水蒸气的定压发生过程
t < ts
t = ts t = ts
t = ts
t > ts
未饱和水 饱和水 饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽 过热蒸汽
v < v’ v = v’ v ’< v <v’’ v = v’’ v > v’’ h < h’ h = h’ h ’< h <h’’ h = h’’ h > h’’
(3) 理想气体 h = f (T )
实际气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加 h ''− h ' = γ 汽化潜热
(4) 未饱和水 过冷度 Δt过冷 = ts − t 过冷水
过热蒸汽 过热度 Δt过热 = t − ts

水蒸气的热力学性质和过程


程：
2
3
s
绝热效率（相对内效率）：
oi
wt,s wt , s
h1 h3 h1 h2
例 P1=5Mpa，t1=450C， P2=0.005Mpa， oi=0.9求x2，s2，wt，x2’，sg，wt’
h
p1
解：可逆过程1-2：
1 t1
p2
P1，t1
h1=3317kJ/kg，
s1=6.8204kJ/(kgK)
第六章 水蒸气旳热力性质和过程
第一节 概述 第二节 水旳定压汽化过程和
水蒸气旳p-v图及T-s图 第三节 水蒸气表 第四节 水蒸气旳h-s图 第五节 水蒸气旳基本热力过程
基本要求：
1。熟练掌握水蒸汽旳有关基本概念： （1）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） （3）液体热、过热热、汽化潜热、干度、临界点 （4） 一点、两线、三区、五态 2。熟练掌握水蒸汽旳热力性质、水定压汽化过程和水蒸汽旳
2。基本原理： （1）水旳定压汽化过程(三个阶段：定压预热、定压汽化、定压过热） （2）水蒸汽旳P-V图、T-S图(一点、两线、三区、五态) （3）水蒸气表
a、饱和水（用’ 表达）和饱和水蒸汽表（用”表达）
b、未饱和水和过热水蒸气表(热力学能用 U=h-PV 来计算)
c、湿蒸汽用：Y x = X Y” + (1-X)Y’ 来计算
wt h1 h2 33172079 1238kJ / kg
h
p1 1 t1
p2 不可逆过程1-2’：
wt ' oi wt h1 h2' 1114kJ / kg
22 ‘
h2' h1 oi wt 33170.91238 2203kJ / kg

工程热力学(第5章--水蒸汽的热力性质)

v′增大（因水的膨胀性大于压缩性）； v″减小（因汽的压缩性大于膨胀性）；
18
5-2 水蒸气的定压产生过程
所以：随着p升高，b点向右移动，d点向左移动，即 预热过程增长，汽化过程缩短，过热过程增加。
19
5-2 水蒸气的定压产生过程
当压力升高至pc=22.064MPa时，汽化过程缩成一点，即临 界点C，同时产生两线（CM、CN）和三区（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）。
D = t - ts
h
15
➢水蒸气定压产生过程中热量的计算
1.水的定压预热阶段：
液体热 ql h ' h0 kJ/kg
T
2.饱和水的定压汽化过程：
汽化潜热 r h" h ' kJ/kg
Ts
b
e d
r Ts s" s ' kJ/kg
3.干蒸汽的定压过热过程：
过热热 qs h h" kJ/kg
2
本章主要内容 水蒸气的饱和状态 水蒸气的定压产生过程 水蒸气的热力性质图表 水蒸气的基本热力过程
3
5-1 水蒸气的饱和状态
一、汽化：液态→汽态 （如锅炉水冷壁中水的汽化过程）
汽化方式有两种：1）蒸发，2）沸腾。
1、蒸发——在液体表面缓慢进行的汽化现象。
特点：它能在任何温度下进行；液体的蒸发速度取决于 液体的性质、液体的温度、蒸发表面积和液面上气流的流速。
饱和状态的特点： p s
①汽水共存；
ts
②汽水同温；
③饱和压力与饱和温度
成一一对应关系.
ts f ps
8
饱和温度与饱和压力的关系
ts f ps
ps上升， ts上升 ts上升， ps上升
饱和压力 0.005MPa

热力学 第6章 水蒸气


x
湿饱和蒸汽
1 干饱和蒸汽
8
四、饱和状态压力和温度的关系
1.吉布斯相律 吉布斯相律 对于多元（ 个组元 多相（ 个相 个组元） 个相） 对于多元（如k个组元）多相（如f个相） 元化学反应的热力系，其独立参数， 元化学反应的热力系，其独立参数，即 自由度 n = k – f + 2 水在液相（或固相、气相） 例：水在液相（或固相、气相） k =1， ， F =1，故n =1-1+2，此时压力，温度均可 ， ，此时压力， 独立变化。水在汽液共存时k = 1，f = 2， 独立变化。水在汽液共存时 ， ， 故n =1，此时压力和温度中仅有一个可 ， 自由变化。三相点： 自由变化。三相点：k =1，f = 3 故n = 0 ，
4
二、饱和状态(Saturated state) 饱和状态
当汽化速度=液化速度时， 当汽化速度 液化速度时，系统 液化速度时 处于动态平衡 宏观上气、 动态平衡， 处于动态平衡，宏观上气、液两相 饱和状态。 保持一定的相对数量—饱和状态 保持一定的相对数量 饱和状态。 饱和温度， 饱和状态的温度—饱和温度 饱和状态的温度 饱和温度，ts(Ts) (Saturated temperature) 饱和状态的压力—饱和压力 饱和压力， 饱和状态的压力 饱和压力，ps （Saturated pressure） ） 加热，使温度升高如 t'，保持定 加热， ， 系统建立新的动态平衡。 值，系统建立新的动态平衡。与之 对应， 变成 。 变成p 对应，p变成 s'。 所以
6
0.0 023 385 0.0 123 446 0.1 013 325
三、 几个名词
饱和液(saturated liquid)—处于饱和状态的液体 t = ts 处于饱和状态的液体： 饱和液 处于饱和状态的液体 干饱和蒸汽(dry-saturated vapor; dry vapor ) 干饱和蒸汽 —处于饱和状态的蒸汽 处于饱和状态的蒸汽：t = ts 处于饱和状态的蒸汽 未饱和液(unsaturated liquid) 未饱和液 —温度低于所处压力下饱和温度的液体 温度低于所处压力下饱和温度的液体：t < ts 温度低于所处压力下饱和温度的液体 过热蒸汽(superheated vapor) 过热蒸汽 —温度高于饱和温度的蒸汽 温度高于饱和温度的蒸汽：t > ts, t – ts = d 称过 温度高于饱和温度的蒸汽 热度(degree of superheat)。 热度 湿饱和蒸汽(wet-saturated vapor; wet vapor ) 湿饱和蒸汽 —饱和液和干饱和蒸汽的混合物 饱和液和干饱和蒸汽的混合物：t = ts 饱和液和干饱和蒸汽的混合物 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：

工程热力学(第五版)第6章.水蒸气练习题

第6章 水 蒸 汽7．1 本章基本要求理解水蒸汽的产生过程，掌握水蒸汽状态参数的计算，学会查水蒸汽图表和正确使用水蒸汽h -s 图。

掌握水蒸汽热力过程、功量、热量和状态参数的计算方法。

自学水蒸汽基本热力过程(§7-4)。

7．2 本章难点1．水蒸汽是实际气体，前面章节中适用于理想气体的计算公式，对于水蒸汽不能适用，水蒸汽状态参数的计算，只能使用水蒸汽图表和水蒸汽h-s 图。

2．理想气体的内能、焓只是温度的函数,而实际气体的内能、焓则和温度及压力都有关。

3．查水蒸汽h -s 图，要注意各热力学状态参数的单位。

7．3 例题例1：容积为0.63m 的密闭容器内盛有压力为3.6bar 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2bar 时，问蒸汽的干度为多少，冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少解：查以压力为序的饱和蒸汽表得：1p =3.6bar 时，"1v =0.51056kg m /3 "1h =2733.8kJ /kg蒸汽质量 m=V/"1v =1.1752kg查饱和蒸汽表得：2p =2bar 时，'2v =0.0010608kg m /3 "2v =0.88592kg m /3 '2h =504.7kJ /kg''2h =2706.9kJ /kg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蒸汽的比容即： "1v =2x v或"1v =''22'22)1(v x v x +- 由于"1v ≈''22v x=≈"2"12v v x 0.5763 取蒸汽为闭系，由闭系能量方程 w u q +∆=由于是定容放热过程，故0=w所以 1212u u u q -=∆=而u =h -pv 故)()("11"1222v p h v p h q x x ---= 其中：2x h =''22'22)1(h x h x +-=1773.8kJ /kg则 3.878-=q kJ /kgQ=mq=1.1752⨯(-878.3) =-1032.2kJ例2：1p =50bar C t 01400=的蒸汽进入汽轮机绝热膨胀至2p =0.04bar 。

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Байду номын сангаас
s < s’ s = s’ s ’< s <s’’ s = s’’ s > s’’
水预热
汽化
过热
水蒸气定压发生过程说明
(1) Q U 只W有熵 加U热时永p远dV增加
U pV U ( pV ) H
(2) S Sf Sg 0 (3) 理想气体 h f (T )
实际气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加
饱和湿蒸气
Saturated liquid-vapor mixture 饱和蒸气 Saturated vapor 过热蒸气 Superheated vapor 汽化潜热 Latent heat of Vaporization
3. 水蒸气图表的结构和应用
4. 水蒸气热力过程
蒸汽 水蒸气 Steam Vapor
蒸气
基本知识点 水及水蒸气的物性、水蒸气的产生过程、
水蒸气状态参数的确定、水蒸气图表的结构 和应用、水蒸气在热力过程中功量和热量的 计算。
本章重点： 工业上水蒸气的定压生成过程，学会使用水 蒸气热力学性质的图表，并能熟练的运用于
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
Saturation temperature 饱和温度Ts 一一对应 饱Sa和tu压ra力tiopns pressure
放掉一些水，Ts不变， ps？
Ts
ps
ps=1.01325bar
青藏ps=0.6bar 高压锅ps=1.6bar
Ts=100 ℃ Ts=85.95 ℃
h '' h ' 汽化潜热 (4) 未饱和水 过冷度 t过冷 ts t 过冷水
过热蒸汽 过热度 t过热 t ts
State of Liquid and vapor
未饱和液，过冷液 Subcooled liquid 压缩液 Compressed liquid
饱和液 Saturated liquid
Ts=113.32 ℃
§6-3 水蒸气的定压发生过程
t < ts
t = ts t = ts
t = ts
t > ts
未饱和水 饱和水 饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽 过热蒸汽
v < v’ v = v’ v ’< v <v’’ v = v’’ v > v’’
h < h’ h = h’ h ’< h <h’’ h = h’’ h > h’’
各种热力过程的计算。
§ 6-1 纯物质的热力学面及相图
Pure substance Solid Liquid Gas
物质三种聚集状态：固态、液态、 气态 水的三态：冰、 水、 蒸汽
Ice Water Steam
热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态 的曲面
六个区：三水个的单热相力区、学三面个两相区
水和水蒸气是实际气体的代表
水蒸气 在空气中含量极小，当作理想气体
一般情况下，为实际气体，使用图表
18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 目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质 优点: 便宜，易得，无毒，
膨胀性能好，传热性能好 是其它实际气体的代表
本章主要内容
1. 实际工质的物性 2. 水蒸气的产生过程
单相区
液
p
气
固--液
p
两相区
液--气
T
T
固
v
固--气 v
饱和线、三相线和临界点
Saturation line Triple line
饱和液线
临界点
p
饱和气线
三相线
饱和固线
p
tp
v
6 1 1 .2 P a ,TTtp
273.16K
四个线：三个饱和线、一个三相线
一个点：临界点
思考题
1. 溜冰冰刀 2. 北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相 3. 有没有500ºC的水？ 没有。t>373.99 ℃ 4. 有没有-3 ℃ 的蒸汽？ 有 5. 一密闭容器内有水的汽液混合物，对其
加热，是否一定能变成蒸汽？
饱和线、三相线和临界点
饱和液线
临界点
p
饱和气线
三相线
饱和固线
T v
§6-2 汽化与饱和
汽化: 由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化)
Vaporization
蒸发：汽液表面上的汽化 沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化
Boil (气体和液体均处在饱和状态下)
饱和状态Saturation state