第9章_水蒸氣2

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),第九章 水蒸氣性質(zhì)和蒸汽動(dòng)力循環(huán),內(nèi)容要求:,掌握水蒸氣的定壓產(chǎn)生過(guò)程；,分析確定水蒸氣的狀態(tài)；,了解水蒸氣的熱力過(guò)程；,掌握蒸汽熱力性質(zhì)圖表的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用,蒸氣：泛指剛剛脫離液態(tài)或比較接近液態(tài)的,氣態(tài)物質(zhì)。是一種實(shí)際氣體。,常用蒸氣：水蒸氣，氨蒸氣，氟里昂蒸氣。,水蒸氣特點(diǎn)：,人類在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)中最早廣泛使用的工質(zhì)。,來(lái)源豐富，無(wú)毒無(wú)味，比

2、熱容大，傳熱好，有良,好的膨脹和載熱性能，不污染環(huán)境。,熱工計(jì)算：,不能按理想氣體處理。狀態(tài)方程式，比熱的函,數(shù)關(guān)系以及有關(guān)熱工計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式都比較復(fù)雜。,采用查圖查表方法,蒸氣的熱力性質(zhì)圖表。,91,水蒸氣的產(chǎn)生過(guò)程,1.,汽化,(vaporation),：,物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過(guò)程。,汽化的方式有兩種：蒸發(fā)和沸騰。,9-1-1,基本概念,2.,液化,(liquefaction),：,物質(zhì)由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過(guò)程（凝結(jié)）。,3.,蒸發(fā),(boil-off),：,在液體表面較緩慢地進(jìn)行的汽化過(guò)程。,蒸發(fā)可以在任何溫度下進(jìn)行。,特點(diǎn),蒸發(fā)速度取決于液體的性質(zhì)，液體的溫度，,蒸發(fā)表面積和液面上氣流

3、速度。,4.,沸騰,(boiling),:,在特定的溫度下發(fā)生，在液體內(nèi)部和表面同時(shí),進(jìn)行的強(qiáng)烈的汽化過(guò)程。,沸騰的溫度與液體所受的壓力有關(guān)。,特點(diǎn),沸點(diǎn),(boiling point),：,在某一壓力下，液體沸騰時(shí)的溫度。,與液體的性質(zhì)有關(guān)。,同種液體，沸點(diǎn)還隨壓力的升高而增大。,沸騰狀態(tài)的水總是燙手的。,5.,飽和狀態(tài),(saturation state),：,氣液兩相處于動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。,飽和液體,(saturated liquid),：飽和狀態(tài)下的液體；,飽和蒸氣,(saturated vapor),：飽和狀態(tài)下的蒸氣；,飽和溫度和飽和壓力：,特點(diǎn)：,（,1,）汽液共存；,（,2,）汽

4、液同溫；,（,3,）飽和壓力隨飽和溫度的升高而增大，,兩者一一對(duì)應(yīng)。,6.,濕飽和蒸汽,(wet vapor),：,是飽和蒸汽與飽和液體的混合物,二者處于兩相平衡。,7.,干飽和蒸汽：,不含有液體的飽和蒸汽。,8.,過(guò)熱蒸汽,(superheated vapor),；,在一定壓力下，溫度大于飽和溫度時(shí)的蒸汽。,過(guò)熱度：過(guò)熱蒸汽溫度,t ,飽和蒸汽溫度,t,s,。,9.,過(guò)冷液體,(subcooled liquid),：,在一定壓力下，溫度低于相應(yīng)飽和溫度的液體。,過(guò)冷度：飽和蒸汽溫度,t,s,過(guò)冷液體溫度,t,。,9-1-2,水蒸氣的定壓產(chǎn)生過(guò)程,活塞式汽缸中水蒸氣的定壓產(chǎn)生過(guò)程。,分析,假設(shè)

5、：汽缸中有,1kg,，初溫為,0C,的水，,水面上有一個(gè)可以移動(dòng)的活塞，施加一定,的壓力,p,（不同實(shí)驗(yàn)序號(hào)下維持恒定壓力），,在容器底部對(duì)水加熱。,p,加熱,1.,水蒸氣產(chǎn)生過(guò)程的三個(gè)階段,p,加熱,p,加熱,p,加熱,p,加熱,p,加熱,未飽和水,濕飽和蒸汽,干飽和蒸汽,過(guò)熱蒸汽,飽和水,水定壓預(yù)熱,飽和水定壓汽化,干蒸汽定壓過(guò)熱,吸熱，溫度升高，比體積略增,水定壓預(yù)熱：,未飽和水,飽和水,參數(shù)：,p,s,，,t,s,，,v,，,h,，,s,飽和水定壓汽化,繼續(xù)加熱，水開(kāi)始汽化，飽和溫度不變，,比體積增大，水量逐漸減少，汽量逐漸增加,參數(shù)：,p,s,，,t,s,，,v,x,，,h,x,，,

6、s,x,繼續(xù)加熱，溫度不變，比體積增大，,至汽缸中的最后一滴水變成蒸汽,參數(shù)：,p,s,，,t,s,，,v”,，,h”,，,s”,參數(shù)：,p,s,，,t,s,，,v,，,h,，,s,濕飽和蒸汽,干飽和蒸汽,飽和水,干蒸汽定壓過(guò)熱,干飽和蒸汽,過(guò)熱蒸汽,繼續(xù)加熱，比體積繼續(xù)增大，蒸汽溫度開(kāi)始,上升，溫度大于相應(yīng)壓力下的飽和溫度,參數(shù)：,p,s,，,t,s,，,v”,，,h”,，,s”,2.,水蒸氣定壓形成過(guò)程在,p-v,圖和,T-s,圖表示,a b c d e,p,預(yù)熱,汽化,過(guò)熱,v v v,x,v” v,v,T,s,a,b c d,e,s s,x,s” s,某一壓力下,3.,水蒸氣定壓形成過(guò)

7、程的能量關(guān)系,（,1,）未飽和水的定壓預(yù)熱階段,液體熱用焓差表示,（,2,）飽和水的定壓（定溫）汽化階段,用汽化潛熱表示：,或用熵來(lái)計(jì)算汽化潛熱：,T,s,a,b c d,e,s s,x,s” s,T,S,表示濕蒸汽的干燥程度；,飽和水,x=0,，干飽和蒸汽,x =1;,汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，干度規(guī)定,x=0.86-0.88,干度,(quality),：,濕蒸汽中所含有的干飽和蒸汽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。,說(shuō)明,T,s,a,b c d,e,s s,x,s” s,T,S,（,3,）干飽和蒸汽的定壓過(guò)熱階段,水蒸氣定壓產(chǎn)生過(guò)程中所需的熱量：,過(guò)熱熱量,(heat of superheating),用焓差表示：,T,s

8、,a,b c d,e,s s,x,s” s,9-1-3,不同壓力下水蒸氣定壓形成過(guò)程的,p-v,圖和,T-s,圖,a,1,a,2,a,3,a,4,b,4,b,2,b,3,b,1,d,4,d,3,d,2,d,1,e,4,e,3,e,2,e,1,C,T,cr,T,A,B,p,cr,0,s,v,p,p,cr,a,1,a,2,a,3,a,4,b,1,e,1,d,1,b,4,b,3,b,2,d,4,d,3,d,2,e,4,e,3,e,2,B,C,A,T,cr,0,臨界點(diǎn),(critical point ),下臨界線,(saturation liquid line ),：,不同壓力下飽和水狀態(tài),上臨界線,

9、(saturation vapor line ),：,不同壓力下干飽和蒸汽狀態(tài),液相區(qū),(liquid region),汽液兩相區(qū),(liquid-vapor region),汽相區(qū),(vapor region),未飽和水，飽和水，濕飽和蒸汽，,干飽和蒸汽，過(guò)熱蒸汽,2,線,3,區(qū),5,態(tài),1,點(diǎn),是否有,400 C,的水？,0C,或,-10 C,的水蒸氣,水的,p,-,T,相圖,p,T,液,氣,固,水,三相點(diǎn),臨界點(diǎn),超流體,升華線,凝固線,汽化線,a,b,c,d,超過(guò)臨界溫度沒(méi)有液體。,超過(guò)臨界壓力，定壓加熱過(guò)程不存在氣化段。（水由不飽和直接到過(guò)熱）,Pt,圖上飽和水的定壓吸熱過(guò)程為一點(diǎn)（

10、,c),。（定溫過(guò)程）,低于三相點(diǎn)壓力沒(méi)有液體。,飽和溫度和飽和壓力一一對(duì)應(yīng)。,92,水蒸氣的狀態(tài)參數(shù),9-2-1,零點(diǎn)的規(guī)定：,理想氣體和實(shí)際氣體的不同,比較,選擇水的三相點(diǎn),（,273.16K,）,的,液相水為基準(zhǔn)點(diǎn),。,規(guī)定該狀態(tài)下，,液相水的熱力學(xué)能和熵為零,。,即：,焓：,9-2-2,水與水蒸氣表,(steam tables for water ),飽和水與飽和水蒸氣,的熱力性質(zhì)表 （附表,5,，,6,）,未飽和水與過(guò)熱水蒸氣,的熱力性質(zhì)表（附表,7,）,按溫度排列（附表,5,）,按壓力排列（附表,6,）,粗黑線上方：未飽和水參數(shù),粗黑線下方：過(guò)熱水蒸氣參數(shù),兩種,飽和水與飽和水蒸氣

11、,的熱力性質(zhì)表,溫度排序,飽和水與飽和水蒸氣,的熱力性質(zhì)表,壓力排序,1.,飽和水和飽和水蒸氣,壓力,p,s,或溫度,t,s,飽和水：已知,p,s,/ t,s,，確定,v, h, s, u,=h,- p,s,v,飽和水蒸氣：已知,p,s,/ t,s,，,確定,v, h, s, u”=h”- p,s,v”,2.,濕飽和蒸汽,壓力,p,s,/,溫度,t,s,，,干度,x,濕飽和蒸汽,未飽和水與過(guò)熱水蒸氣,的熱力性質(zhì)表,2.,未飽和水與過(guò)熱水蒸氣,壓力,p,和溫度,t,8.3422,2648.9,16.268,8.6639,2649.7,32.566,9.4080,2650.3,162.956,80

12、,8.2313,2610.8,15.336,8.5537,2611.8,30.712,9.2984,2612.7,153.717,60,0.5723,167.51,0.0010079,8.4366,2574.0,28.854,9.1823,2575.2,144.475,40,0.2963,83.87,0.0010018,0.2963,83.87,0.0010018,9.0588,2537.7,135.226,20,0.1510,42.01,0.0010003,0.1510,42.01,0.0010003,8.9938,2519.0,130.598,10,-0.0002,-0.04,0.0010

13、002,-0.0002,-005,0.0010002,-0.0002,-0.05,0.001002,0,s,h,v,s,h,v,s,h,v,溫度,t,0.010MPa,0.005MPa,0.001MPa,壓力,p,利用水蒸氣表，確定下列各點(diǎn)的狀態(tài),（,1,）,t=45 C, v=0.00100993 m,3,/kg ;,（,2,）,t=200 C, x= 0.9 ;,（,3,）,p=0.5 MPa, t= 165C ;,（,4,）,p=0.5 MPa, v=0.545 m,3,/kg,例題,結(jié)論,判斷工質(zhì)所處狀態(tài),已知（,p, t,）查飽和蒸汽圖表，確定蒸汽狀態(tài)。,未飽和液體狀態(tài),飽和狀態(tài)，還

14、需再給定干度,x,過(guò)熱蒸汽狀態(tài),若已知,p (,或,t ),及某一比參數(shù),v, h, s,先查飽和蒸汽表,確定蒸汽狀態(tài)。,未飽和液體狀態(tài),飽和狀態(tài),過(guò)熱蒸汽狀態(tài),再查未飽和水和過(guò)熱蒸汽表確定參數(shù),思考題,1.,臨界點(diǎn)時(shí)，飽和液體的焓等于干飽和蒸汽的焓。,2.,某液體的溫度為,T,，若其壓力大于,T,對(duì)應(yīng)的飽和,壓力，則該液體一定處于未飽和液體狀態(tài)。,3.,干飽和蒸汽被定熵壓縮，將變?yōu)椋?）。,4.,知道了溫度和壓力，就可以確定水蒸氣的狀態(tài)。,5.,水蒸氣的定溫膨脹過(guò)程滿足,Q=W,。,T,p,s,(T),實(shí)際氣體,過(guò)熱蒸汽,s,p,-,v,圖，,T,-,s,圖上的水蒸氣定壓加熱過(guò)程,一點(diǎn)，二線

15、，三區(qū)，五態(tài),水蒸氣焓熵圖,h,s,C,x,=1,x,=0,p,v,T,x,水蒸氣的絕熱過(guò)程,汽輪機(jī),q,=,0,2,1,2,T,s,不可逆過(guò)程：,可逆過(guò)程：,s,p,1,p,2,水蒸氣的絕熱過(guò)程,汽輪機(jī),q,=,0,h,s,不可逆過(guò)程,可逆過(guò)程：,s,p,1,p,2,2,1,h,1,h,2,h,2,2,內(nèi)效率,水蒸氣的定溫過(guò)程,p,v,實(shí)際設(shè)備中很少見(jiàn),T,C,T,c,T,遠(yuǎn)離飽和線，接近于,理想氣體,水蒸氣的定溫過(guò)程,1,2,T,s,可逆過(guò)程：,水蒸氣的定容過(guò)程,實(shí)際設(shè)備中不常見(jiàn),1,2,p,v,水蒸氣的定容過(guò)程,1,T,s,h,s,p,T,2,1,2,v,p,v,2024/10/28,3

16、9,熱機(jī)：,將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的 設(shè)備。熱機(jī)的工作循環(huán)稱為動(dòng)力循環(huán),。,動(dòng)力循環(huán)：蒸汽動(dòng)力循環(huán),燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán),9-,3,基本的蒸汽動(dòng)力循環(huán),朗肯循環(huán),2024/10/28,40,水蒸汽的卡諾循環(huán),局限：,(1),熱效率低。,(2),干度小。,(3),壓縮過(guò)程很難穩(wěn)定。,4,3,2,1,T,s,2024/10/28,41,水蒸氣動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化,鍋,爐,汽輪機(jī),給水泵,凝汽器,朗肯循環(huán),1,2,3,4,簡(jiǎn)化（理想化）：,1,2,汽輪機(jī),s,膨脹,2,3,凝汽器,p,放熱,3,4,給水泵,s,壓縮,4,1,鍋爐,p,吸熱,2024/10/28,42,1,3,4,2,p,v,朗肯循環(huán),pv,圖,1

17、,2,汽輪機(jī),s,膨脹,2,3,凝汽器,p,放熱,3,4,給水泵,s,壓縮,4,1,鍋爐,p,吸熱,2024/10/28,43,h,s,1,3,2,4,朗肯循環(huán)Ts和hs,圖,4,3,2,1,T,s,1,2,汽輪機(jī),s,膨脹,2,3,凝汽器,p,放熱,3,4,給水泵,s,壓縮,4,1,鍋爐,p,吸熱,2024/10/28,44,朗肯循環(huán)功和熱的,計(jì)算,汽輪機(jī)作功：,凝汽器中的定壓放熱量：,水泵絕熱壓縮耗功：,鍋爐中的定壓吸熱量：,4,3,2,1,T,s,2024/10/28,45,朗肯循環(huán)熱效率的,計(jì)算,一般很小，占,0.8,1%,，忽略泵功,4,3,2,1,T,s,2024/10/28,46

18、,s,p,1, t,1, p,2,6,5,4,3,2,1,如何提高朗,肯循環(huán),的熱效率,影響熱效率的參數(shù)？,T,2024/10/28,47,s,T,6,5,4,3,2,1,9-4 蒸汽參數(shù)對(duì)朗,肯循環(huán),熱效率的影響,t,1,p,2,不變,，,p,1,優(yōu)點(diǎn)：,，,汽輪機(jī)出口尺寸小,缺點(diǎn)：,P,1,對(duì)強(qiáng)度要求高,不利于汽輪機(jī)安全。一般要求出口干度大于,0.85 0.88,初始?jí)毫Φ挠绊?2024/10/28,48,s,T,6,5,4,3,2,1,蒸汽初溫的影響,優(yōu)點(diǎn)：,，,有利于汽機(jī)安全。,缺點(diǎn)：,對(duì)耐熱及強(qiáng)度要求高，目前最高初溫一般在,550,左右,汽機(jī)出口尺寸大,p,1,p,2,不變,，,t,

19、1,2024/10/28,49,s,T,6,5,4,3,2,1,乏汽壓力,的影響,優(yōu)點(diǎn)：,缺點(diǎn)：,受環(huán)境溫度限制，現(xiàn)在大型機(jī)組,p,2,為,0.00350.005MPa,，相應(yīng)的飽和溫度約為,27 33,，已接近事實(shí)上可能達(dá)到的最低限度。冬天熱效率高,p,1,t,1,不變,，,p,2,2024/10/28,50,9-5,蒸汽再熱循環(huán),再熱循環(huán)的提出,定義,將高溫高壓的過(guò)熱蒸汽引入汽輪機(jī)的高壓部分做功；將做功后降溫降壓的蒸汽全部抽出引回到鍋爐的再熱器中吸熱，而使其溫度提高；再將溫度升高后的過(guò)熱蒸汽引入汽輪機(jī)的中、低壓部分繼續(xù)做功，直至膨脹到排汽壓力，排入凝汽器中。在原來(lái)朗肯循環(huán)的基礎(chǔ)上，引入再熱

20、過(guò)程，就稱為再熱循環(huán)。,目的,(1),提高汽輪機(jī)的排汽干度；,(2),提高循環(huán)的熱效率。,2024/10/28,51,T,s,6,5,4,3,1,b,2024/10/28,52,蒸汽再熱循環(huán)的熱效率,再熱循環(huán)本身不一定提高循環(huán)熱效率,與再熱壓力有關(guān),x,2,降低,給提高初壓創(chuàng)造了條件，選取再熱壓力合適，一般采用,一次再熱可使熱效率提高,2,3.5,。,T,s,6,5,4,3,1,b,2024/10/28,53,蒸汽再熱循環(huán)的實(shí)踐,再熱壓力,p,b,=,p,a,0.2,0.3,p,1,p,1,13.5MPa,，一次,再熱,超臨界機(jī)組，,t,1,600,，,p,1,25MPa,，二次,再熱,202

21、4/10/28,54,蒸汽再熱循環(huán)的,定量計(jì)算,吸熱量：,放熱量：,凈功（忽略泵功）：,熱效率：,T,s,6,5,4,3,1,b,2024/10/28,55,9-6,抽汽回?zé)嵫h(huán),回?zé)嵫h(huán)的提出,定義,對(duì)于朗肯循環(huán)，其循環(huán)熱效率較低的原因之一是工質(zhì)的吸熱平均溫度不高。雖然，通過(guò)提高進(jìn)汽參數(shù)，如提高進(jìn)汽溫度和壓力，可以提高吸熱平均溫度，進(jìn)而提高循環(huán)的熱效率，但由于受水蒸汽的熱力 性質(zhì)和熱設(shè)備材料性能的限制，吸熱的上限溫度不能提高得很多。因此，如果提高吸熱的下限溫度，吸熱平均溫度也將會(huì)提高，進(jìn)而使循環(huán)熱效率提高。,目的,提高循環(huán)的熱效率,2024/10/28,56,蒸汽,抽汽,回?zé)嵫h(huán),(1-,)

22、kg,kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,a,kg,4,(1-,)kg,5,1kg,由于,T-s,圖上各點(diǎn)質(zhì)量不同，面積不再直接代表熱和功,2024/10/28,57,回?zé)嵫h(huán)的抽汽量,計(jì)算,以混合式回?zé)崞鳛槔?熱一律,忽略泵功,(1-,)kg,kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,a,kg,4,(1-,)kg,5,1kg,2024/10/28,58,回?zé)嵫h(huán)熱效率的,計(jì)算,吸熱量：,放熱量：,凈功：,熱效率：,(1-,)kg,kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,2024/10/28,59,為什么抽汽,回?zé)釤嵝侍岣撸?簡(jiǎn)單朗肯循環(huán)：,物理意義：,kg,

23、工質(zhì),100%,利用,1-,kg,工質(zhì)效率未變,(1-,)kg,kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,2024/10/28,60,蒸汽,抽汽,回?zé)嵫h(huán)的特點(diǎn),小型火力發(fā)電廠回?zé)峒?jí)數(shù)一般為13級(jí)，中大型火力發(fā)電廠一般為 48級(jí)。,優(yōu)點(diǎn),提高熱效率,減小汽輪機(jī)低壓缸尺寸，末級(jí)葉片變短,減小凝汽器尺寸，減小鍋爐受熱面,缺點(diǎn),循環(huán)比功減小，汽耗率增加,增加設(shè)備復(fù)雜性,回?zé)崞魍顿Y,缺點(diǎn),2024/10/28,61,提高循環(huán)熱效率的途徑,改變循環(huán)參數(shù),提高初溫度,提高初壓力,降低乏汽壓力,改變循環(huán)形式,回?zé)嵫h(huán),再熱循環(huán),2024/10/28,62,9-7 熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán),用發(fā)電廠作了功的蒸汽的余熱來(lái)滿足熱用戶的需要，這種作法稱為,熱電聯(lián),(,產(chǎn),),供,。,背壓式機(jī)組,(,背壓,0.1MPa,),2024/10/28,63,背壓式,熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán),背壓式缺點(diǎn)：,熱電互相影響,供熱參數(shù)單一,2024/10/28,64,熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán),的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià),只采用熱效率 顯然不夠全面,能量利用系數(shù),，但未考慮熱和電的品位不同,熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱是發(fā)展方向，經(jīng)濟(jì)環(huán)保,