水蒸气的焓熵图

水蒸气的焓熵图 本节概要 水蒸气不能作为理想气体处理～对蒸气热力性质的研究～包括状态方程式、比热容、热力学能、焓和熵等参数目前还难以用纯理论方法或纯实验方法得出能直接用于工程计算的准确而实用的方程。现多采用以实验为基础～以热力学一般关系式为工具的理论分析和实验相结合的方法～得出相关方程。这些方程依然十分复杂～仅宜于用计算机计算。为方便一般工程应用～由专门工作者编制出常用蒸气的热力性质和图～供工程计算时查用。 本节介绍了由我国学者编撰的水和水蒸气热力性质表和h-s图及确定水和水蒸气热力性质的计算程序～考虑到我国的国情两者不应偏废。 本节内容 2.8.1 国际水蒸气骨架表和IFC公式 2.8.2 水蒸气表 2.8.3 水蒸气的焓熵图 2.8.4 水和水蒸气性质计算机程序简介 2.8.5 例 本节习题 2-13、2-14 水蒸气的焓熵图 利用水蒸气表确定水蒸气状态参数的优点是数值的准确度高～但由于水蒸气表上所给出的数据是不连续的～在遇到间隔中的状态时～需要用内插法求得～甚为不便。另外～当已知状态参数不是压力或温度～或分析过程中遇到跨越两相的状态时～使用水蒸气表尤其感到不便。为了使用上的便利～工程上根据蒸汽表上已列出的各种数值～用不同的热力参数坐标制成各种水蒸气线图～以方便工程上的计算。除了前已述及的p-v图与T-s图以外～热工上使用较广的还有一种以焓为纵坐标、以熵为横坐标的焓熵图,即h-s图,。水蒸气的焓熵图如图2-9所示。图中饱和水线x =1的上方为过热蒸汽区,下方为湿蒸汽区。h-s图中还绘制了等压线、等温线、等干度线和等容线。在湿蒸汽区～等压线与等温线重合～是一组斜率不同的直线。在过热蒸汽区～等压线与等温线分开～等压线为向上倾斜的曲线～而等温线是弯曲而后趋于平坦。此外～在h-s图上还有等容线,图2-9中未画出,～在湿蒸汽区中还有等干度线。由于等容线与等压线在延伸方向上有些近似,但更陡些,～为了便于区别～在通常的焓熵图中～常将等容线印成红线或虚线。 图2-9水蒸气的h-s图 由于工程上用到的水蒸气～常常是过热蒸汽或干度大于50%的湿蒸汽～故h-s图的实用部分仅是它的右上角。工程上实用的h-s图～即是将这部分放大而绘制的。 水和水蒸气性质计算机程序简介 目前大多数水和水蒸气热力性质的计算软件均采用第六届国际水蒸气性质会议上成立的国际公式化委员会提出的一套水和水蒸气热力性质的公式。这套公式的适用范围:温度从273.16K到1073.15K～压力从理想气体极限值,p=0,到100MPa。可以预计～在今后相当长的一段时间里工业上应用的水和水蒸气的参数不会超出此一范围。国际公式化委员会拟定的水和水蒸气热 力性质公式简称IFC公式～IFC公式把整个区域分成6个子区域～如图2-10所示。不同的子区域采用不同的计算公式～各区域之间的边界线方程也分别用函数表达。各子区域的计算公式及边界线函数请读者参阅有关文献。 图2-10 水和水蒸气的分区图 水蒸气作工质的大量工程应用问题～主要关键是工质初、终态参数的确定。为了能适应各种工程问题热力计算的需要～计算程序都以子程序形式编制～应用时～只要根据不同的已知参数调用相应的子程序～即可确定其他状态参数。如文献[9]提供的“确定水和水蒸气热力计算的FORTRAN程序”编制了9个子程序～各子程序的输入参数及功能如下: 功 能 序 子程序名 已知输入号 输出结果参数 参数 函数1 PSK,T, T p 子程 2 TSK,P, P T 序 3 PTF,P～T～V～H～S, p,t 过冷水、饱和水:v、h、s 4 PTG,P～T～V～H～S, p,t 过热蒸汽、饱和蒸汽:v、h、s PT,P～T～X～V～H～5 p,t 过冷水、过热蒸汽:v、h、s S, 子例 PH,P～H～X～T～V～过冷水、饱和水、过热蒸汽、饱和蒸汽、湿蒸汽:程子6 p,h S, x、t、v、s 程序 PS,P～S～X～T～V～过冷水、饱和水、过热蒸汽、饱和蒸汽、湿蒸汽:7 p,s H, x、t、v、h HS,H～S～X～P～T～8 h,s 过热蒸汽、饱和蒸汽、湿蒸汽:x、p、t、v V, PX,P～X～T～V～H～9 饱和水、饱和蒸汽、湿蒸汽: p,xt、v、h、sS, 热工水力计算中常还需粘度和导热系数等物性值～它们通常都以温度和比体积或密度为自变量～因而可以编制从为变量的函数子程序分别确定粘度和导热系数。 T、v 水蒸气热力过程的分析计算离不开状态参数值～利用上述子程序可较方便地编制进行各种热力过程分析计算的应用程序。我国严家教授已提出水和水蒸气热力性质统一公式并编制了计算程序～计算结果完全符合新骨架表～由于不需分区～故而更加方便。 例题 1.例2-10 2.例2-11 例2-12 …【例2-10】 已知=1.0 MPa、=300?～试据水蒸汽图表确定蒸汽所处的状态及其它状态pt 参数。 解:由饱和蒸汽表可知～p=1.0 MPa时～=179.88?～现t为300?～因 ～故知为过热蒸汽。 查未饱和水与过热蒸汽表得: 请读者用本课程提供的WST程序确定上述参数。 返回 …【例2-11】 试利用水蒸气表确定,1,p=1MPa、t=179.88?,2,p=0.8MPa、时的蒸汽状态。 解:,1,查表p=1MPa～=179.88?～因故为饱和状态～但因p和不是两个独立参数～所以不能完全确定其状态～因此不能确定是干饱和蒸汽还是湿饱和蒸汽。 查表p=0.8MPa～;～因故在p=0.8MPa～ 时的蒸汽为湿蒸汽。 请读者用本课程提供的WST程序确定上述参数。 返回 …【例2-12】 10kg130?的水蒸汽中含有1.5kg的水～试确定水蒸汽的状态及其参数。 解:根据湿饱和蒸汽的定义并结合题给的条件可知～水蒸汽处于湿饱和蒸汽状态。 由按温度排列的饱和水与干饱和蒸汽表查得～饱和水与干饱和蒸汽的参数为: 由题给条件～湿蒸汽的干度为: 根据式,2-37a,至式,2-37d,～求得湿蒸汽参数: 第 三 章 混合气体和湿空气 本章要点: 理想气体混合气体的分压力定律和分容积定律, 理想气体混合气体的折合摩尔质量和折合气体常数, 混合气体的成分, 混合气体的比热容、热力学能、焓、熵, 湿空气的相对湿度和含湿量, 湿球温度和露点温度, 湿空气的焓及湿度图。 本章学习建议: 本章内容分成两部分～一部分是如何确定泛指的理想气体的混合气体的热力性质,另一部分是理想气体混合气体的特例:湿空气。 理想气体混合物各组成气体都处在理想气体状态时混合气体也处在理想气体状态～因此只需知道这种混合气体的折合气体常数、折合摩尔质量及比热容等基本数据和混合气体的组成成分即可掌握这种混合气体的性质～本章的第一部分内容就是以此为主线组织的。 第二部分中需注意湿空气中水蒸气除了可以按理想气体性质计算外还受饱和状态下饱和温度与饱和压力一一对应的制约～湿空气的许多重要性质和概念与此有关～因此在学习这部分内容前先回顾复习一下水蒸气的基本概念。 本节概要 本节指出理想气体组成的混合气体也具有理想气体的性质同时～回顾了理想气体混合气体分压力和分容积定律。 本节内容 3.1.1 理想气体混合气体 3.1.2 分压力定律 3.1.3 分体积定律 理想气体混合气体 实际工程中应用的气体工质大部分不是单一的气体～而是混合气体。例如空气～它主要由氮气和氧气及少量的其它气体组成。气体燃料如天然气也是由许多种可燃成分组成的混合气体。显然据质量守恒～混合气体的物质的量等于各组成气体的物质的量之和～即混合气体的物质的量等于各组成气体的物质的量之和,混合气体的热力性质取决于组成气体的性质及百分数。如果各组成气体都处在理想气体状态则其混合物也具有理想气体的性质～并称为理想混合气体。有关理想气体的定律均适用于理想混合气体～例如遵循理想气体状态方程式～混合气体的摩尔体积也与同温、同压下任意单一理想气体的摩尔体积相等～标准状态时也是 -3322.414×10m/mol。混合气体摩尔常数也满足R=8.3145J/(mol〃K)～且～式中 和分别为混合气体的折合摩尔质量和折合气体常数。在处于平衡状态的理想混合气体中～各种组成气体各自互不影响地充满整个体积～它们的行为与它们各自单独存在时一样。 ? 根据理想气体的两个基本假设～理想气体分子之间没有相互作用力～分子也不占据体积～所以任何一种理想气体分子对其它分子不构成任何影响。 为什么处于平衡状态的理想混合气体中～各种组成气体可以各自互不影响地充满整个体积～它们的行为可以与它们各自单独存在时一样, 分压力定律 所谓分压力是指～在与混合气体相同的温度下～各组成气体 单独占有混合气体的体积V时～给予容器壁的压力。见图3-1 中的a、b、c。 根据理想混合气体的性质～对各组分可写出式中p为第i种i 组成气体的分压力。n为第i种组成气体的物质的量。因为～各 i 组分占据相同的体积V和具有相同的温度T～所以 图3,1 混合气体的分压力与 分体积示意图 其中～n为混合气体物质的量,p为混合气体总压力。于是得所谓的分压力定律: (3-1) 即混合气体的总压力p等于各组成气体分压力之和。 附表17 饱和水和饱和水蒸气热力性质表(按压力排列) 压力 温度 比体积 比焓 汽化潜热 比熵 p / MPa t/? γ/ 0.0010 6.9491 0.0010001 129.185 29.21 2513.29 2484.1 0.1056 8.9735 0.0020 17.5403 0.0010014 67.008 73.58 2532.71 2459.1 0.2611 8.7220 0.0030 24.1142 0.0010028 45.666 101.07 2544.68 2443.6 0.3546 8.5758 0.0040 28.9533 0.0010041 34.796 121.30 2553.45 2432.2 0.4221 8.4725 0.0050 32.8793 0.0010053 28.101 137.72 2560.55 2422.8 0.4761 8.3930 0.0060 36.1663 0.0010065 23.738 151.47 2566.48 2415.0 0.5208 8.3283 0.0070 38.9967 0.0010075 20.528 163.31 2571.56 2408.3 0.5589 8.2737 0.0080 41.5075 0,0010085 18.102 173.81 2576.06 2402.3 0.5924 8.2266 0.0090 43.7901 0.0010094 16.204 183.36 2580.15 2396.8 0.6226 8.1854 0.010 45.7988 0.0010103 14.673 191.76 2583.72 2392.0 0.6490 8.1481 0.015 53.9705 0.0010140 10.022 225.93 2598.21 2372.3 0.7548 8.0065 0.020 60.0650 0.0010172 7.6497 251.43 2608.90 2357.5 0.8320 7.9068 0.025 64.9726 0.0010198 6.2047 271.96 2617.43 2345.5 0.8932 7.8298 0.030 69.1041 0.0010222 5.2296 289.26 2624.56 2335.3 0.9440 7.7671 0.040 75.8720 0.0010264 3.9939 317.61 2636.10 2318.5 1.0260 7.6688 0.050 81.3388 0.0010299 3.2409 340.55 2645.31 2304.8 1.0912 7.5928 0.060 85.9496 0.0010331 2.7324 359.91 2652.97 2293.1 1.1454 7.5310 0.070 89.9556 0.0010359 2.3654 376.75 2659.55 2282.8 1.1921 7.4789 附表17,续, 汽化潜压力 温度 比体积 比焓 比熵 热 γ p / MPa t/? / 0.080 93.5107 0.0010385 2.0876 391.71 2665.33 2273.6 1.2330 7.4339 0.090 96.7121 0.0010409 1.8698 405.20 2670.48 2265.3 1.2696 7.3943 0.10 99.634 0.0010432 1.6943 417.52 2675.14 2257.6 1.3028 7.3589 0.12 104.810 0.0010473 1.4287 439.37 2683-26 2243.9 1.3609 7.2978 0.14 109.318 0.0010510 1.2368 458.44 2690.22 2231.8 1.4110 7.2462 0.16 113.326 0.0010544 1.09159 475.42 2696.29 2220.9 1.4552 7.2016 0.18 116.941 0.0010576 0.97767 490.76 2701.69 2210.9 1.4946 7.1623 0.20 120.240 0.0010605 0.88585 504.78 2706.53 2201.7 1.5303 7.1272 0.25 127.444 0.0010672 0.71879 535.47 2716-83 2181.4 1.6075 7.0528 0.30 133.556 0.0010732 0.60587 561.58 2725.26 2163.7 1.6721 6.9921 0.35 138.891 0.0010786 0.52427 584.45 2732.37 2147.9 1.7278 6.9407 0.40 143.642 0.0010835 0.46246 604.87 2738.49 2133.6 1.7769 6.8961 0.50 151.867 0.0010925 0.37486 640.35 2748.59 2108.2 1.8610 6.8214 0.60 158.863 0.0011006 0.31563 670.67 2756.66 2086.0 1.9315 6.7600 0.70 164.983 0.0011079 0.27281 697.32 2763.29 2066.0 1.9925 6.7079 0.80 170.444 0.0011148 0.24037 721.20 2768.86 2047.7 2.0464 6.6625 0.90 175.389 0.0011212 0.21491 742.90 2773.59 2030.7 2.0948 6.6222 1.00 179.916 0.0011272 0.19438 762.84 2777.67 2014.8 2.1388 6.5859 附表17,续, 压力 温度 比体积 比焓 汽化潜热 比熵 p / MPa t/? γ/ 1.10 184.100 0.0011330 0.17747 781.35 2781.21 999.9 2.1792 6.5529 1.20 187.995 0.0011385 0.16328 798.64 2784.29 985.7 2.2166 6.5225 1.30 191.644 0.0011438 0.15120 814.89 2786.99 972.1 2.2515 6.4944 1.40 195.078 0.0011489 0.14079 830.24 2789.37 959.1 2.2841 6.4683 1.50 198.327 0.0011538 0.13172 844.82 2791.46 946.6 2.3149 6.4437 1.60 201.410 0.0011586 0.12375 858.69 2793.29 934.6 2.3440 6.4206 1.70 204.346 0.0011633 0.11668 871.96 2794.91 923.0 2.3716 6.3988 1.80 207.151 0.0011679 0.11037 884.67 2796.33 911.7 2.3979 6.3781 1.90 209.838 0.0011723 0.104707 896.88 2797.58 900.7 2.4230 6.3583 2.00 212.417 0.0011767 0.099588 908.64 2798.66 890.0 2.4471 6.3395 2.20 217.289 0.0011851 0.090700 930.97 2800.41 1869.4 2.4924 6.3041 2.40 221.829 0.0011933 0.083244 951.91 2801.67 1849.8 2.5344 6.2714 2.60 226.085 0.0012013 0.076898 971.67 2802.51 1830.8 2.5736 6.2409 2.80 230.096 0.0012090 0.071427 990.41 2803.01 1812.6 2.6105 6.2123 3.00 233.893 0.0012166 0.066662 1008.2 2803.19 1794.9 2.6454 6.1854 3.50 242.597 0.0012348 0.057054 1049.6 2802.51 1752.9 2.7250 6.1238 4.00 250.394 0.0012524 0.049771 1087.2 2800.53 1713.4 2.7962 6.0688 5.00 263.980 0.0012862 0.039439 1154.2 2793.64 1639.5 2.9201 5.9724 附表17,续完, 压力 温度 比体积 比焓 汽化潜热 比熵 p / MPa t/? γ/ 6.00 275.625 0.0013190 0.032440 1213.3 2783.82 1570.5 3.0266 5.8885 7.00 285.869 0.0013515 0.027371 1266.9 2771.72 1504.8 3.1210 5.8129 8.00 295.048 0.0013843 0.023520 1316.5 2757.70 1441.2 3.2066 5.7430 9.00 303.385 0.0014177 0.020485 1363.1 2741.92 1378.9 3.2854 5.6771 10.0 311.037 0.0014522 0.018026 1407.2 2724.46 1317.2 3.3591 5.6139 11.0 318.118 0.0014881 0.015987 1449.6 2705.34 1255.7 3.4287 5.5525 12.0 324.715 0.0015260 0.014263 1490.7 2684.50 1193.8 3.4952 5.4920 13.0 330.894 0.0015662 0.012780 1530.8 2661.80 1131.0 3.5594 5.4318 14.0 336.707 0.0016097 0.011486 1570.4 2637.07 1066.7 3.6220 5.3711 15.0 342.196 0.0016571 0.010340 1609.8 2610.01 1000.2 3.6836 5.3091 16.0 347.396 0.0017099 0.009311 1649.4 2580.21 930.8 3.7451 5.2450 17.0 352.334 0.0017701 0.008373 1690.0 2547.01 857.1 3.8073 5.1776 18.0 357.034 0.0018402 0.007503 1732.0 2509.45 777.4 3.8715 5.1051 19.0 361.514 0.0019258 0.006679 1776.9 2465.87 688.9 3.9395 5.0250 20.0 365.789 0.0020379 0.005870 1827.2 2413.05 585.9 4.0153 4.9322 21.0 369.868 0.0022073 0.005012 1889.2 2341.67 452.4 4.1088 4.8124 22.0 373.752 0.0027040 0.003684 2013.0 2084.02 71.0 4.2969 4.4066 22.064 373.99 0.003106 0.003106 2085.9 2085.9 0.0 4.4092 4.4092 本表引自严家、余晓福编著《水和水蒸汽热力性质图表》～高等教育出版社～1995