水蒸汽及其動力循環(huán)

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1、第二章水蒸汽及其動力循環(huán)問題：為什么用水蒸氣而不用別的工質(zhì)？水蒸氣是熱力工程中使用最早、應(yīng)用最廣的工質(zhì)，第一熱機(jī)就是用水蒸氣做工質(zhì)的。長期以來，人們對水和水蒸氣的性質(zhì)做過很多專門研究。但迄令為止尚不能用一個(gè)代數(shù)方程同時(shí)很精確地描述它們的性質(zhì)，較多的是按照它們所處狀態(tài)分段，每段都有各自很復(fù)雜的狀態(tài)方程。水蒸氣的計(jì)算主要靠用公式算出的數(shù)據(jù)配合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證而編制成的圖表進(jìn)行。第一節(jié)水蒸氣的定壓形成過程及圖表應(yīng)用一、水蒸氣的基本概念和有關(guān)術(shù)語二、水蒸汽定壓形成過程⒈汽化：水變成蒸汽的現(xiàn)象。汽化：從微觀上講，液體中的分子克服周圍液體分子的引力和液體表面張力而逸出液面的現(xiàn)

2、象稱為汽化。蒸發(fā)：在液面進(jìn)行的汽化過程；沸騰：在液體容積空間內(nèi)的汽化過程。局部沸騰：當(dāng)液體整體溫度較低時(shí)，如果存在局部溫度較高，產(chǎn)生小汽泡，而這些小汽泡不能上升到液面就被淹滅。此時(shí)液體的溫度上升速率很大。整體沸騰：當(dāng)液體溫度上升到與壓力相應(yīng)確定的溫度時(shí)，整個(gè)水空間產(chǎn)生汽泡，汽泡不再淹滅而集匯上升到液面逸出。⒉液化：蒸汽變成水的現(xiàn)象。從微觀上講，處于容器汽空間的汽態(tài)分子進(jìn)入容器液體空間的現(xiàn)象稱為液化。液面上空間的壓力越大（密度大），撞回液面的水分子也越多——液化速度取決于蒸汽空間的壓力。對于汽、液共存系統(tǒng)，汽化、液化同時(shí)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，就是我們馬上講的飽和狀態(tài)⒊飽和狀態(tài)對于一個(gè)汽液共存系統(tǒng)，微觀意義上的汽化速度等于液化速度相等時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的液體量和汽體量達(dá)到平衡的狀態(tài)。即汽化和液化還在同時(shí)進(jìn)行，但汽液兩相分子數(shù)量都不再增加或減少。此時(shí)系統(tǒng)的壓力、溫度就稱之為飽和壓力、飽和溫度。飽和壓力與飽和溫度不是彼此獨(dú)立的，它們有一定的函數(shù)關(guān)系。因?yàn)橐后w的汽化速度取決于液體的溫度，而汽體的液化速度取決于蒸汽的壓力。Ts=f(ps)4.常用術(shù)語及表示參數(shù)過冷水：在定壓下，未達(dá)到飽和狀態(tài)的水。飽和水：在定壓下，達(dá)到飽和狀態(tài)的水濕飽和蒸汽：在定壓下

4、，飽和水與飽和蒸汽的機(jī)械混合物。干飽和蒸汽：在定壓下，純飽和水蒸汽。過熱蒸汽：在定壓下，對干飽和蒸汽進(jìn)一步加熱。過冷度：過冷水的溫度低于同壓力下飽和溫度的差。用“D”表示。D=ts-t過熱度：過熱蒸汽溫度高于同壓力下飽和溫度的差。用“D”表示。D=t-ts二、水蒸汽定壓形成過程在火電廠中，做功的工質(zhì)是流動性好、易于膨脹、極易獲得、價(jià)格低廉、無毒副作用的水蒸汽，它是近似看作水在鍋爐中定壓力下產(chǎn)生的。為了對水蒸汽的定壓形成過程規(guī)律性有一個(gè)全面的了解，我們?nèi)?kg，0℃的過冷水，置于一個(gè)帶有活塞的封閉汽缸內(nèi)，進(jìn)行定壓力p下加熱，觀察一個(gè)近似可逆的定壓水蒸汽形成過

5、程示意圖在p-v圖與T-s圖上表示ABCABCpCpCTCTC飽和水線或下界線干飽和蒸汽線或上界線當(dāng)壓力增加到某一臨界值時(shí)，飽和水與干飽和蒸汽不僅具有相同的壓力和比體積，而且還具有相同的溫度和熵，這時(shí)的飽和水與干飽和蒸汽之間的差異已完全消失，在圖中由同一點(diǎn)C表示，這個(gè)點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)，這樣一種特殊的狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)。ABCABCpCpCTCTC綜上所述，在表示水的汽化過程的p,v圖與T,s圖上有1點(diǎn)（臨界點(diǎn)）2線（上、下界線）3區(qū)（液相區(qū)，汽液兩相區(qū)，汽相區(qū)）5態(tài)（未飽和水、飽和水、濕蒸汽、干蒸汽、過熱蒸汽）。三、水蒸氣圖、表應(yīng)用⒈飽和水與干飽和蒸汽表（壓力排

6、列）P218、223頁。⒉飽和水與干飽和蒸汽表（溫度排列）P219、224頁。⒊未飽和水與過熱蒸汽表P220、225頁。⒋水蒸氣圖。P18、26頁①右上角半圖?！獕毫€簇、比容線簇、溫度線簇、干度線簇。②用圖做熱力過程。幾點(diǎn)說明中間狀態(tài)用內(nèi)插法求內(nèi)能濕蒸汽T-s圖它用于分析蒸汽的熱力過程較為直觀。圖上每條過程線下的面積都代表了1kg工質(zhì)在此過程中所吸收(或放出)的熱量。h-s圖ABC第二節(jié)水蒸氣典型熱力過程一、換熱器內(nèi)的定壓流動過程二、汽輪機(jī)及水泵內(nèi)絕熱流動過程三、通過噴管的絕熱流動四、絕熱節(jié)流一、換熱器內(nèi)的定壓流動過程一、換熱器內(nèi)的定壓流動過程能量分析

7、①與外界無功量交換Ws=0;②動能變量忽略不計(jì)△c2≈0③宏觀勢能忽略不計(jì)g△Z≈0于是有q=（h2-h1）每公斤工質(zhì)在換熱器內(nèi)所吸收(或放出)的熱量等于工質(zhì)焓的升高(或減少)。h1h2q圖2-4換熱器示意圖汽輪機(jī)內(nèi)的絕熱流動過程能量分析∵q=0△（c2）≈0g△Z≈0記為：Wi=h1-h2kJ/kg——對外做出正功該式說明了蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的絕熱流動過程中，對外所作的內(nèi)功等于工質(zhì)的焓降。上式也適用于水泵等壓縮耗功設(shè)備，但式中的wi為外界所消耗的壓縮功，以wP表示，此功轉(zhuǎn)變?yōu)楣べ|(zhì)的焓升，即wP=h2-h1。圖2-5汽輪機(jī)示意圖h2h1w通過噴管的絕熱流動能量

8、分析∵絕熱q≈0g△Z≈0Ws=0工質(zhì)在噴管中的流動當(dāng)Ma<1,即