熵-及其实际应用

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1、第2章蒸汽工程和传热熵的实际应用章节2.16熵的实际应用蒸汽和冷凝水系统手册2.16.1161第2章蒸汽工程和传热熵的实际应用章节2.16熵的实际应用由2.15节可以看出熵是可以计算的，但实际情况下计算非常繁琐费力，因此蒸汽表中包含了计算出的熵值。比熵用字母“s”表示，而sf、sfg和sg分别代表了饱和液体、蒸发和饱和蒸汽的熵值，这些值也可通过2.15节提到的温度-熵(T-S)图和焓熵(H-S)图查得，每个图表在特定场合都有特殊应用。T-S图常用于确定经过喷嘴或节流孔膨胀后蒸汽的特性，通过控制阀的阀座就是一个典

2、型的例子。为充分了解如何应用T-S图，我们可以通过查蒸汽表画出这样一个草图，并描绘出起始条件下蒸汽的特性。例2.16.1蒸汽从压力为10bara，干度为0.9，通过喷嘴后压力为6bara,膨胀过程中无热量损失，请计算喷嘴出口处蒸汽的工况。熵值的单位为kJ/(kg·℃)。查饱和蒸汽表，10bara压力下干饱和蒸汽具有：饱和水的比熵(sf)=2.1389干饱和蒸汽蒸发比熵(sfs)=4.4471在进口条件下，干度为0.9:实际的蒸发比熵=0.9x4.4471=4.0024进口蒸汽的比熵=2.1389+4.0024进

3、口蒸汽的比熵=6.1413由于蒸汽膨胀过程中和外界无热量交换，该过程为绝热等熵过程，即熵没有什么变化，通过喷嘴时其熵一直为6.1413kJ/(kg·K)。出口压力为6bara，由蒸汽表查得：饱和水的比熵(sf)=1.9316干饱和蒸汽蒸发比熵(sfg)=4.8285在该例中熵值一直保持为6.1413kJ/(kg·K):实际的蒸发过程的比熵=6.1413－1.9316=4.2097因此：4.2097干度=4.8285干度=0.8718由于该过程是一个等熵过程，所以就可以计算出喷嘴出口蒸汽的干度，进而计算出蒸汽的比

4、焓（kJ/kg）入口压力为10bara，从蒸汽表中得出：饱和水的的比焓(hf)=762.9干饱和蒸汽的蒸发比焓(hfg)=2014.83由于进口干度为0.9实际的蒸发比焓=0.9x2014.83=1813.35进口蒸汽的比焓=762.9+1813.35进口蒸汽的比焓=2576.25出口压力为6bara，查饱和蒸汽表:饱和水的的比焓(hf)=670.74干饱和蒸汽的蒸发比焓(hfg)=2085.98由于出口干度为0.8718:实际的蒸发比焓=0.8718x2085.982.16.2蒸汽和冷凝水系统手册162第2章

5、蒸汽工程和传热熵的实际应用章节2.16=1818.56出口蒸汽总的比焓=670.74+1818.56出口蒸汽总的比焓=2489.30由此可以看出蒸汽通过喷嘴后比焓下降，2576.25到2489.30kJ/kg即下降了86.95kJ/kg。这看上去好像和绝热原理（无能量损失）是相互矛盾的。但是在2.15节中，蒸汽经过喷嘴时速度增加，动能也相应增加。由于能量是守恒的，因此所获得的动能即为热能的减少量。T(°C)2.13892.1389+4.0024=6.14132.1389+4.4471=6.58610bara18

6、0°C1.93160.9干度1.9316+4.8285=6.766bara159°C1.9316+4.2097=6.14130.8718干度6.1413S(kJ/kg°CS(kJ/(kg·℃)))图2.16.1例2.16.1的T-S图进一步研究蒸汽的动能计算蒸汽的动能有什么意义呢？知道了动能的值就能计算蒸汽的速度，进而计算出蒸汽经过控制阀或喷嘴时的质量流量。动能和速度的平方成正比，引入焦耳热功当量后，动能可以表示为公式2.16.1:mu2动能(E)=2gJ公式2.16.1式中:E=动能(kJ)；m=流体质量(k

7、g)；u=流体速度(m/s)；g=重力加速度(9.80665m/s2)；J=焦耳热功当量(101.972mkg/kJ)。对等式2.16.1变形即为等式2.16.2:2EgJu2=m公式2.16.2对于每千克的蒸汽，利用公式2.16.2u=²2EgJu=²2xEx9.80665x101.972u=²2000xEu=2000xEu=44.72E由于所获得的动能就是热能的减少量，得公式2.16.3:u=44.72h公式2.16.3蒸汽和冷凝水系统手册2.16.3163第2章蒸汽工程和传热熵的实际应用章节2.16式中:

8、h=热能的减少量kJ/kg通过计算绝热过程中的热能减少量，就能计算出蒸汽的速度，尤其是给定的蒸汽经过控制阀阀芯和阀座间最窄处时的速度。也可以计算出对给定蒸汽通过控制阀时所需的节流孔面积，当阀门全开时通流面积是最大的。同样，给定阀门的通流孔面积，在规定压降下就可以计算出通过阀门的最大流量，见例2.16.2和2.16.3。例2.16.2假定蒸汽工况和例2.16.1一样，通过控制阀的节流孔面