水蒸汽及其动力循环

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1、第二章水蒸汽及其动力循环问题：为什么用水蒸气而不用别的工质？水蒸气是热力工程中使用最早、应用最广的工质，第一热机就是用水蒸气做工质的。长期以来，人们对水和水蒸气的性质做过很多专门研究。但迄令为止尚不能用一个代数方程同时很精确地描述它们的性质，较多的是按照它们所处状态分段，每段都有各自很复杂的状态方程。水蒸气的计算主要靠用公式算出的数据配合实验验证而编制成的图表进行。第一节水蒸气的定压形成过程及图表应用一、水蒸气的基本概念和有关术语二、水蒸汽定压形成过程⒈汽化：水变成蒸汽的现象。汽化：从微观上讲，液体中的分子克服周围液体分子的引力和液体表面张力而逸出液面的现

2、象称为汽化。蒸发：在液面进行的汽化过程；沸腾：在液体容积空间内的汽化过程。局部沸腾：当液体整体温度较低时，如果存在局部温度较高，产生小汽泡，而这些小汽泡不能上升到液面就被淹灭。此时液体的温度上升速率很大。整体沸腾：当液体温度上升到与压力相应确定的温度时，整个水空间产生汽泡，汽泡不再淹灭而集汇上升到液面逸出。⒉液化：蒸汽变成水的现象。从微观上讲，处于容器汽空间的汽态分子进入容器液体空间的现象称为液化。液面上空间的压力越大（密度大），撞回液面的水分子也越多——液化速度取决于蒸汽空间的压力。对于汽、液共存系统，汽化、液化同时存在，汽化速度大于液化的速度就是汽化，

3、反之液化的速度大于汽化的速度就是液化。如果汽化和液化速度相等，就是我们马上讲的饱和状态⒊饱和状态对于一个汽液共存系统，微观意义上的汽化速度等于液化速度相等时，系统内的液体量和汽体量达到平衡的状态。即汽化和液化还在同时进行，但汽液两相分子数量都不再增加或减少。此时系统的压力、温度就称之为饱和压力、饱和温度。饱和压力与饱和温度不是彼此独立的，它们有一定的函数关系。因为液体的汽化速度取决于液体的温度，而汽体的液化速度取决于蒸汽的压力。Ts=f(ps)4.常用术语及表示参数过冷水：在定压下，未达到饱和状态的水。饱和水：在定压下，达到饱和状态的水湿饱和蒸汽：在定压下

4、，饱和水与饱和蒸汽的机械混合物。干饱和蒸汽：在定压下，纯饱和水蒸汽。过热蒸汽：在定压下，对干饱和蒸汽进一步加热。过冷度：过冷水的温度低于同压力下饱和温度的差。用“D”表示。D=ts-t过热度：过热蒸汽温度高于同压力下饱和温度的差。用“D”表示。D=t-ts二、水蒸汽定压形成过程在火电厂中，做功的工质是流动性好、易于膨胀、极易获得、价格低廉、无毒副作用的水蒸汽，它是近似看作水在锅炉中定压力下产生的。为了对水蒸汽的定压形成过程规律性有一个全面的了解，我们取1kg，0℃的过冷水，置于一个带有活塞的封闭汽缸内，进行定压力p下加热，观察一个近似可逆的定压水蒸汽形成过

5、程示意图在p-v图与T-s图上表示ABCABCpCpCTCTC饱和水线或下界线干饱和蒸汽线或上界线当压力增加到某一临界值时，饱和水与干饱和蒸汽不仅具有相同的压力和比体积，而且还具有相同的温度和熵，这时的饱和水与干饱和蒸汽之间的差异已完全消失，在图中由同一点C表示，这个点称为临界点，这样一种特殊的状态称为临界状态。ABCABCpCpCTCTC综上所述，在表示水的汽化过程的p,v图与T,s图上有1点（临界点）2线（上、下界线）3区（液相区，汽液两相区，汽相区）5态（未饱和水、饱和水、湿蒸汽、干蒸汽、过热蒸汽）。三、水蒸气图、表应用⒈饱和水与干饱和蒸汽表（压力排

6、列）P218、223页。⒉饱和水与干饱和蒸汽表（温度排列）P219、224页。⒊未饱和水与过热蒸汽表P220、225页。⒋水蒸气图。P18、26页①右上角半图。——压力线簇、比容线簇、温度线簇、干度线簇。②用图做热力过程。几点说明中间状态用内插法求内能湿蒸汽T-s图它用于分析蒸汽的热力过程较为直观。图上每条过程线下的面积都代表了1kg工质在此过程中所吸收(或放出)的热量。h-s图ABC第二节水蒸气典型热力过程一、换热器内的定压流动过程二、汽轮机及水泵内绝热流动过程三、通过喷管的绝热流动四、绝热节流一、换热器内的定压流动过程一、换热器内的定压流动过程能量分析

7、①与外界无功量交换Ws=0;②动能变量忽略不计△c2≈0③宏观势能忽略不计g△Z≈0于是有q=（h2-h1）每公斤工质在换热器内所吸收(或放出)的热量等于工质焓的升高(或减少)。h1h2q图2-4换热器示意图汽轮机内的绝热流动过程能量分析∵q=0△（c2）≈0g△Z≈0记为：Wi=h1-h2kJ/kg——对外做出正功该式说明了蒸汽在汽轮机内的绝热流动过程中，对外所作的内功等于工质的焓降。上式也适用于水泵等压缩耗功设备，但式中的wi为外界所消耗的压缩功，以wP表示，此功转变为工质的焓升，即wP=h2-h1。图2-5汽轮机示意图h2h1w通过喷管的绝热流动能量

8、分析∵绝热q≈0g△Z≈0Ws=0工质在喷管中的流动当Ma<1,即