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第八章 水和水蒸气的性质

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第八章 水和水蒸气的性质

2024-07-05 15:11| 来源: 网络整理| 查看: 265

文章目录 第八章 水和水蒸气的性质08-01 Van der Waals方程1. 理想气体的模型和适用对象2. 对理想气体模型的修正13. 对理想气体模型的修正24. Van der Waals方程及其伟大之处 08-02 Van der Waals方程分析1. Van der Waals方程的变形2. Van der Waals方程解的分类3. Van der Waals方程解形成等温线4. Van der Waals方程针对CO~2~的解 08-03 水蒸气的定压发生过程1. 水的蒸发过程和蒸汽的凝结过程(c)2. 饱和状态(b)、(d)3. 水蒸气定压发生过程的状态4. 水蒸气定压发生过程的阶段 08-04 水和水蒸气的状态图及参数1. 水和水蒸气的p-v图2. 水和水蒸气的T-s图3. 水和水蒸气状态图上的分区4. 状态图上的等温线和等压线5. 水和水蒸气的参数（1）汽化潜热r(2）干度x（3）三相点 08-05 水和水蒸气参数的图表和计算工具1、水和水蒸气的饱和参数2、水和水蒸气的参数表3、水和水蒸气的参数计算方法（略）4、水和水蒸气的h-s图 08-06 水和水蒸气的热力过程1. 水和水蒸气的等压过程2. 水和水蒸气的等熵过程3. 水蒸气的滞止过程4. 水蒸气的节流过程 08-07 朗肯循环的工作过程1. 设备和工质2. 锅炉3. 汽轮机（汽机）4. 给水泵5. 凝汽器6. p-v图和T-s图 08-08 朗肯循环的能量分析1、工质是稳定流动状态2、效率和功量3、量损与质损4、不可逆做功过程1) 汽轮机中做功不可逆2）给水泵中的不可逆过程3）不可逆朗肯循环的功量和效率 08-09 参数对朗肯循环的影响1、决定参数和评价指标2、压力对朗肯循环的影响3、温度对朗肯循环的影响4、终压对朗肯循环的影响 08-10 再热循环1. 再热循环的工作过程2. 再热循环的能量分析3. 再热压力对再热效率的影响4. 二次再热循环 08-11 回热循环的工作过程1. 汽机抽汽加热锅炉给水2. 回热加热器原理示意3. 参数计算1）第一级抽汽率的计算2）第二级抽汽率的计算3）汽机排汽率的计算 08-12 回热循环的能量分析1. 汽轮机做功量的计算1）分段法2）分流法3）少功法 2. 锅炉吸热量的计算1）直接法2）分流法3）少热法 3. 锅炉放热量的计算4. 回热循环的效率和汽耗率 08-13 有再热的回热循环1. 工作过程2. T-s图3. 第一、二级抽汽率计算4. 能量分析

第八章 水和水蒸气的性质 08-01 Van der Waals方程 1. 理想气体的模型和适用对象

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

2. 对理想气体模型的修正1

在这里插入图片描述

3. 对理想气体模型的修正2

仪表测量的压力是分子的撞击力： 在这里插入图片描述 分子对外撞击和内部撞击的差别： 在这里插入图片描述 对压力的修正： 在这里插入图片描述

4. Van der Waals方程及其伟大之处

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 伟大之处：

可用于气体：氧气，标准状态下 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 结论：Van der Waals方程包容理想气体状态方程

可用于液体 在这里插入图片描述 结论：小压力不会影响水的体积，小压力下水视作不可压缩，p~kMPa时，水可压缩

08-02 Van der Waals方程分析 1. Van der Waals方程的变形

在这里插入图片描述

这是一个关于比体积v的三次方程，常量是a、b、Rg，变量是p和T

2. Van der Waals方程解的分类

在这里插入图片描述

3. Van der Waals方程解形成等温线

在这里插入图片描述

4. Van der Waals方程针对CO2的解

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 Van der Waals方程解和物质状态的对应关系： 在这里插入图片描述 Van der Waals方程对应的状态分区 在这里插入图片描述

Van der Waals方程的三个相等实根： 在这里插入图片描述 实验和理论的对比：略有遗憾 在这里插入图片描述

08-03 水蒸气的定压发生过程

在这里插入图片描述

注意：绿色表示的是液体，红色表示的是气体 （c）和（e）中的气体都没有用红色表示出来

1. 水的蒸发过程和蒸汽的凝结过程©

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

2. 饱和状态(b)、(d)

饱和状态就是汽化速度=液化速度

（b）就是饱和水的状态，称为饱和液体 在这里插入图片描述 （d）就是饱和蒸汽的状态，称为饱和蒸汽 在这里插入图片描述

3. 水蒸气定压发生过程的状态

在这里插入图片描述

4. 水蒸气定压发生过程的阶段

在这里插入图片描述 汽化过程中，压力不变，温度不变

08-04 水和水蒸气的状态图及参数 1. 水和水蒸气的p-v图

在这里插入图片描述

通过不同压力下的定压实验得出水和水蒸气的p-v图 大概记住临界状态下的参数： 在这里插入图片描述

2. 水和水蒸气的T-s图

在这里插入图片描述

3. 水和水蒸气状态图上的分区

在这里插入图片描述 等临界温度线是很重要的一条线

4. 状态图上的等温线和等压线

在这里插入图片描述

5. 水和水蒸气的参数 （1）汽化潜热r 1kg，定压吸热量起点：饱和水终点：饱和蒸汽压力升高，汽化潜热减小（极端情况下）

在这里插入图片描述

(2）干度x

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

（3）三相点

三相点：气（饱和蒸汽）液（饱和水）固（冰）三相共存 在这里插入图片描述

规定：三相点液态水的热力学能和熵为0

推论：三相点液态水的焓约等于0 在这里插入图片描述

注意：三相点蒸汽的焓不等于0 在这里插入图片描述

08-05 水和水蒸气参数的图表和计算工具 1、水和水蒸气的饱和参数

在这里插入图片描述 饱和状态下：压力和温度一一对应

就是能由温度能确定压力等其他参数，也能由压力确定温度等饱和参数 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

在这里插入图片描述 其他参数随之确定 在这里插入图片描述

2、水和水蒸气的参数表

在这里插入图片描述 温度和压力不一一对应

需要温度和压力两个参数同时确定其他参数 在这里插入图片描述

3、水和水蒸气的参数计算方法（略） 4、水和水蒸气的h-s图

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

08-06 水和水蒸气的热力过程 1. 水和水蒸气的等压过程

忽略流动阻力的流动过程：非常常见 在这里插入图片描述

2. 水和水蒸气的等熵过程

理想化的绝热过程 在这里插入图片描述

3. 水蒸气的滞止过程

在这里插入图片描述

4. 水蒸气的节流过程

在湿蒸汽区，等温线和等压线重合，所以仅仅由p和T不可以定下x，所以可以通过节流过程定下x

在这里插入图片描述

注意：节流过程的特点就是：焓不变，对于理想气体来说，温度不变，但对于水蒸气来说，温度是下降的

在这里插入图片描述

08-07 朗肯循环的工作过程 1. 设备和工质

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

2. 锅炉

需要三样原料：

燃料（煤石油天然气等物质）水空气

产生三样东西：

蒸汽（产品）灰\渣CO2、NOx、SOx 3. 汽轮机（汽机）

蒸汽能量转化为机械能 在这里插入图片描述

4. 给水泵

提高水的压力 在这里插入图片描述

5. 凝汽器

将低压蒸汽转化为水 压力：5kPa 温度：30℃ 在这里插入图片描述

6. p-v图和T-s图

在这里插入图片描述

只需要p1、T1和p2就可以确定一个朗肯循环

在这里插入图片描述

1点和3点先确定下来，其他再由等压过程和等熵过程的过程线交点决定

在这里插入图片描述

超临界朗肯循环的T-s图 在这里插入图片描述

08-08 朗肯循环的能量分析 1、工质是稳定流动状态

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

因为等压过程和等熵过程的特点，热量和功量都可以由焓表示

2、效率和功量

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

给水泵耗功占总量的2-3％，说明水泵耗功远远小于汽机的做功 在这里插入图片描述

3、量损与质损

第一定律：凝汽器里的“量损”很大 在这里插入图片描述

第二定律：锅炉里的能“质损”很大，“量损”为0 结论：提高朗肯循环效率要从锅炉着手 在这里插入图片描述

4、不可逆做功过程 1) 汽轮机中做功不可逆

在这里插入图片描述

做功过程中有不可逆因素，做功量肯定减少，循环效率下降，由于越靠近饱和蒸汽线，所以安全性提高了

在这里插入图片描述

定义的内效率是做功少的除以做功多的，结果小于1 典型的汽轮机内效率值： 在这里插入图片描述

注意：绿色部分不是净热，因为虚线不是准平衡过程

2）给水泵中的不可逆过程

在这里插入图片描述

3）不可逆朗肯循环的功量和效率

在这里插入图片描述

08-09 参数对朗肯循环的影响 1、决定参数和评价指标

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

2、压力对朗肯循环的影响

在这里插入图片描述

压力p1升高，41那跟线会抬升，但是T1不变，从而确定了1’点

压力对朗肯循环的影响曲线： 在这里插入图片描述

3、温度对朗肯循环的影响

在这里插入图片描述

p1压力线不变，温度T1上升，可以找到1’点

温度对朗肯循环的影响曲线： 在这里插入图片描述

做功、效率和安全性指标都是有利因素

4、终压对朗肯循环的影响

在这里插入图片描述

终压p2下降，23线往下移，与饱和水线的交线就是3’

终压对朗肯循环的影响曲线： 在这里插入图片描述

虽然机组功率增大，但是水泵耗功增加的更多，总的来说，值得增加p2

08-10 再热循环 1. 再热循环的工作过程

在这里插入图片描述

2. 再热循环的能量分析

在这里插入图片描述

吸热和放热都增加，效率说不清楚

在这里插入图片描述

3. 再热压力对再热效率的影响

在这里插入图片描述

再热压力太大和太小都不好，有一个最佳区间再热之后的效率虽然有大有小，但是都比没有再热的效率高 在这里插入图片描述 4. 二次再热循环

在这里插入图片描述

08-11 回热循环的工作过程

原因：高温火焰加热低温给水是大熵增环节 在这里插入图片描述

1. 汽机抽汽加热锅炉给水

在这里插入图片描述

2. 回热加热器原理示意

在这里插入图片描述 回热加热器出口工质是饱和水状态，即混合点a’和b’是饱和水： 在这里插入图片描述 回热循环分析时，忽略水泵耗功： 在这里插入图片描述

3. 参数计算 1）第一级抽汽率的计算

在这里插入图片描述

2）第二级抽汽率的计算

在这里插入图片描述

3）汽机排汽率的计算

在这里插入图片描述

08-12 回热循环的能量分析 1. 汽轮机做功量的计算 1）分段法

分为1-a、a-b、b-2三段，每段的蒸汽量都不相同 在这里插入图片描述

2）分流法

在这里插入图片描述

3）少功法

在这里插入图片描述 结论：回热抽汽使1kg蒸汽的做功量减少

2. 锅炉吸热量的计算 1）直接法

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述 回热抽汽使1Kg蒸汽的吸热量减少

2）分流法

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

这是将水按流量分成三股，第一股α1Kg的蒸汽从a点加热到1点，第二股α2Kg的蒸汽从b点加热到1点，第三股α0从c点加热到1点，总热量由三股流量的热量累加得到

3）少热法

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 结论：回热抽汽使1Kg蒸汽的吸热量减少

3. 锅炉放热量的计算

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

结论：回热抽汽使1Kg蒸汽的吸热量减少

4. 回热循环的效率和汽耗率

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

蒸汽量多的原因： 在这里插入图片描述

08-13 有再热的回热循环

原因：

再热循环提高了安全性 在这里插入图片描述回热循环提高了经济性 在这里插入图片描述 1. 工作过程

在这里插入图片描述

2. T-s图

在这里插入图片描述

3. 第一、二级抽汽率计算

在这里插入图片描述

4. 能量分析

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述



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