工程热力学第七章水蒸气作业

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1、第7章水蒸汽例1：容积为0.6的密闭容器内盛有压力为3.6bar的干饱和蒸汽，问蒸汽的质量为多少，若对蒸汽进行冷却，当压力降低到2bar时，问蒸汽的干度为多少，冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少解：查以压力为序的饱和蒸汽表得：=3.6bar时，=0.51056=2733.8kJ/kg蒸汽质量m=V/=1.1752kg查饱和蒸汽表得：=2bar时，=0.0010608=0.88592=504.7kJ/kg=2706.9kJ/kg在冷却过程中，工质的容积、质量不变，故冷却前干饱和蒸汽的比容等于冷却后湿蒸汽的比容即：=或=由于0.5763取蒸汽为闭系，由闭系能量方程由于是定容放热过程，故所以而u

2、=h-pv故其中：==1773.8kJ/kg则kJ/kgQ=mq=1.1752(-878.3)=-1032.2kJ例2：=50bar的蒸汽进入汽轮机绝热膨胀至=0.04bar8。设环境温度求：（1）若过程是可逆的，1kg蒸汽所做的膨胀功及技术功各为多少。（2）若汽轮机的相对内效率为0.88时，其作功能力损失为多少解：用h-s图确定初、终参数初态参数：=50bar时，=3197kJ/kg=0.058=6.65kJ/kgK则=2907kJ/kg6.65kJ/kgK终态参数：若不考虑损失，蒸汽做可逆绝热膨胀，即沿定熵线膨胀至=0.04bar，此过程在h-s图上用一垂直线表示，查得=2020kJ/k

3、g=0.058==6.65kJ/kgK=1914kJ/kg膨胀功及技术功：=2907-1914=993kJ/kg=3197-2020=1177kJ/kg2）由于损失存在，故该汽轮机实际完成功量为=0.881177=1036kJ/kg此不可逆过程在h-s图上用虚线表示，膨胀过程的终点状态可以这样推算，按题意，则=3197-1036=2161kJ/kg这样利用两个参数=0.04bar和=2161kJ/kg，即可确定实际过程终点的状态，并在h-s图上查得=7.12kJ/kgK，故不可逆过程熵产为=7.12-6.65=0.47kJ/kgK作功能力损失因绝热过程则例3：0.1kg水盛于一绝热的刚性容器

4、中，工质的压力的0.3Mpa8，干度为0.763。一搅拌轮置于容器中，由外面马达带动旋转，直到水全变为饱和蒸汽。求：（1）完成此过程所需的功；（2）水蒸汽最终的压力和温度。解：取容器内的工质为系统，搅拌轮搅拌工质的功变为热，是不可逆过程。（1）系统绝热，q=0。系统的边界为刚性，因而没有容积变化功，可是由于搅拌轮搅拌，外界对系统作了功。由热力学第一定律即外界消耗的功变了热，工质吸收热内能增加，因而只要计算初终态的内能变化就可求得耗功量。对于初态，已知p1=0.3Mpa，x=0.763，于是因为容器是刚性的，终态和初态比容相等，因而终态是v2=0.4643m3/kg的干饱和蒸汽。由饱和水与饱和

5、蒸气表可查得相应于v2==0.4624时的压力p2=0.4Mpa，温度t2=143.62℃。由查得的终态参数可计算出终态的内能u2=2253.6kJ/kg。所以，搅拌轮功为图7.1（2）终态如图7.1所示，为v2=v1、x=1的干饱和蒸气，p2=0.4Mpa，t2=143.62℃。8例4：1kg水贮存于有负载的活塞-气缸装置中，压力为3Mpa，温度为240℃。定压下对工质慢慢加热直至其温度达320℃，求：（1）举起负载活塞作多少功？（2）外界需加入多少热量？解：取装置中的工质水为系统，由饱和水与饱和蒸气表查得对应于3Mpa的饱和温度为233.84℃。现初态温度高于此值，可知初态为刚高于饱和温

6、度的过热蒸气，故工质在整个加热过程均为过热蒸气。（1）在缓慢加热的条件下，可认为热源与工质温差很小而视过程为可逆过程故比容值可由“未饱和水与过热蒸汽表”查出，代入上式得（2）对可逆定压加热过程由过热蒸气表查得焓值后代入上式得若根据水蒸气的h-s图读取v和h的数据亦可得到相近的结果。图中数据连续，且可显示过程，但所读数据不如表中数据准确。7．4思考及练习题1．物质的临界状态究竟是怎样一种状态?2．水的定压产生过程可分为哪几个阶段，经历哪几种状态，写出它们的名称。3．对水蒸汽的热力过程和理想气体热力过程，在分析方法上有何异同之处。4．试用水蒸汽的热力性质说明冰刀滑冰的机理。5．理想气体的内能是温

7、度的单值函数，而实际的内能则与T、v8有关，试计算任意两个温度相同而比容不同的状态下蒸气的内能，从而验证上述结论。（取过热蒸气参数）。6．饱和水蒸气的焓值是否随压力和温度的升高而不断增大？过热蒸气的焓值呢？7．压力为3.5Mpa，温度为420℃的过热蒸气，在汽轮机中定熵膨胀，如果乏汽恰好的干饱和蒸气，则汽轮机的作功量及乏气的温度各为多少？并将该过程表示在h—s图上。图7.28．1kg状态为p1=1Mpa，t1