1、1第三部分第三部分 熱力過程及熱力循環熱力過程及熱力循環第九章第九章 氣體與蒸汽的流動氣體與蒸汽的流動 本章提要本章提要: : 本章討論氣體和蒸汽在流道中的流動，主要研究在工程上常本章討論氣體和蒸汽在流道中的流動，主要研究在工程上常見的絕熱流動過程（可逆與不可逆過程），內容包括：見的絕熱流動過程（可逆與不可逆過程），內容包括：流動的流動的基本方程、定熵流動特性及氣體在噴管（或擴壓管）中流動過基本方程、定熵流動特性及氣體在噴管（或擴壓管）中流動過程的分析計算程的分析計算（包括設計及校核計算）。同時對有摩擦的不可（包括設計及校核計算）。同時對有摩擦的不可逆流動過程及節流過程也進行簡要的分析。逆流動

2、過程及節流過程也進行簡要的分析。2第三部分第三部分 熱力過程及熱力循環熱力過程及熱力循環第九章第九章 氣體與蒸汽的流動氣體與蒸汽的流動 本章要求本章要求: : 1 1了解了解流動過程流動過程必須遵循必須遵循的基本規律的基本規律基本方程組。基本方程組。 2 2理解定熵流動的特性方程是反映可逆絕熱流動規律的一般性方程式，理解定熵流動的特性方程是反映可逆絕熱流動規律的一般性方程式，由該方程可知，在流體流動中綜合考慮能量平衡和狀態變化的結果發現亞由該方程可知，在流體流動中綜合考慮能量平衡和狀態變化的結果發現亞聲速氣流與超聲速氣流在其流動特性上是截然不同的。聲速氣流與超聲速氣流在其流動特性上是截然不同的

3、。 3 3能進行能進行噴管（或擴壓管）的設計計算及校核計算噴管（或擴壓管）的設計計算及校核計算。特別注意在理想。特別注意在理想氣體流動過程的計算中常采用解析計算方法而在水蒸汽的計算中多借助于氣體流動過程的計算中常采用解析計算方法而在水蒸汽的計算中多借助于水蒸汽圖表（特別是水蒸汽圖表（特別是h hs s圖）進行。圖）進行。 4 4能分析計算存在摩擦的絕熱流動過程及節流過程，了解節能冷效應、能分析計算存在摩擦的絕熱流動過程及節流過程，了解節能冷效應、熱效應及零效應的含義及應用。熱效應及零效應的含義及應用。3第二部分第二部分 工質的熱力性質工質的熱力性質第六章第六章 蒸汽的熱力性質蒸汽的熱力性質 本

4、章要求本章要求: : 1 1了解單元工質的相圖與相轉變，知道了解單元工質的相圖與相轉變，知道p p- -T T 相圖的特點。相圖的特點。2 2了解飽和液與飽和蒸氣表的特點、參數范圍、使用方法。了解飽和液與飽和蒸氣表的特點、參數范圍、使用方法。3 3了解未飽和液與過熱蒸氣表的結構及使用方法。了解未飽和液與過熱蒸氣表的結構及使用方法。4 4掌握水蒸氣和常用的制冷劑熱力性質圖表的使用，能靈活掌握水蒸氣和常用的制冷劑熱力性質圖表的使用，能靈活應用蒸汽的熱力性質圖表對實際工程中的能量轉換過程進行分應用蒸汽的熱力性質圖表對實際工程中的能量轉換過程進行分析、計算和研究。析、計算和研究。491 概概 述述n1

5、 流動過程在工程上常有出現流動過程在工程上常有出現n2 流速變化必然意味著流動過程中有能量的流速變化必然意味著流動過程中有能量的轉換和流體熱力狀態的變化轉換和流體熱力狀態的變化 n3 流動速度與流道的尺寸有關，其速度變化流動速度與流道的尺寸有關，其速度變化需要流道尺寸的配合需要流道尺寸的配合 592 穩定流動的基本方程穩定流動的基本方程 n穩定流動穩定流動: n流體在流經任何一個固定點時，其全部參數（熱流體在流經任何一個固定點時，其全部參數（熱力學參數和力學參數）不隨時間變化的流動過程力學參數和力學參數）不隨時間變化的流動過程n一維穩定流動一維穩定流動:n參數只在流動方向上有變化的穩定流動稱為

6、參數只在流動方向上有變化的穩定流動稱為692 穩定流動的基本方程穩定流動的基本方程 n 一一 穩定流動的連續性方程穩定流動的連續性方程n n適用于穩定流動過程，而不論適用于穩定流動過程，而不論n流體（液體和氣體）的性質如流體（液體和氣體）的性質如n何，或過程是否可逆何，或過程是否可逆 792 穩定流動的基本方程穩定流動的基本方程 n二二 穩定流動能量方程穩定流動能量方程 n n三三 熵方程熵方程n n 四四 狀態方程狀態方程894 氣體在噴管和擴壓管中的流動氣體在噴管和擴壓管中的流動 n噴管噴管是使氣流降壓增速的流道是使氣流降壓增速的流道n擴壓管擴壓管是使氣流減速增壓的流道是使氣流減速增壓的流

7、道n 一一 速度變化與狀態變化的關系速度變化與狀態變化的關系n n流速增加（流速增加（dcf0） 壓力降低（壓力降低（dp0）n流速降低（流速降低（dcf0）氣體壓縮（）氣體壓縮（dv0） 994 氣體在噴管和擴壓管中的流動氣體在噴管和擴壓管中的流動 n 二二 流速變化、狀態變化與流道截面積變化的關系流速變化、狀態變化與流道截面積變化的關系 1061 單元工質的相圖與相轉變單元工質的相圖與相轉變n二二 pv及及Ts相圖相圖 n 平衡共存的飽和液與飽和氣分別為定壓線及定溫線上兩個平衡共存的飽和液與飽和氣分別為定壓線及定溫線上兩個不同的狀態點不同的狀態點1及及1所表示所表示n在一定壓力下在一定壓力

8、下1kg飽和液轉變為飽和氣吸收的熱量稱為汽飽和液轉變為飽和氣吸收的熱量稱為汽化潛熱化潛熱，用符號，用符號r表示，單位為表示，單位為kJ/kgn 1163 蒸汽的定壓發生過程蒸汽的定壓發生過程n實際工程中，工質由液體轉實際工程中，工質由液體轉變成蒸氣的設備變成蒸氣的設備(如鍋爐、蒸如鍋爐、蒸氣發生器、蒸煮設備等氣發生器、蒸煮設備等)內，內，工質的壓力變化都很小，其工質的壓力變化都很小，其中的過程可視為蒸氣在定壓中的過程可視為蒸氣在定壓下發生的過程。一些使蒸氣下發生的過程。一些使蒸氣凝結成液體的設備凝結成液體的設備(如冷凝器如冷凝器)中的過程亦可視為在定壓下中的過程亦可視為在定壓下的凝結過程。的凝

9、結過程。n 蒸汽的定壓發生過程蒸汽的定壓發生過程 1263 蒸汽的定壓發生過程蒸汽的定壓發生過程n蒸汽的定壓發生過程蒸汽的定壓發生過程n液體加熱階段指工質由初始的液體加熱階段指工質由初始的未飽和液未飽和液(或稱過冷液或稱過冷液)狀態吸熱達狀態吸熱達到飽和液的階段到飽和液的階段n氣化階段指飽和液吸熱轉變成相同壓力下飽和蒸氣的階段，氣化氣化階段指飽和液吸熱轉變成相同壓力下飽和蒸氣的階段，氣化段的兩個端點分別為段的兩個端點分別為飽和液飽和液及及飽和蒸氣飽和蒸氣狀態，而線段中間的點則狀態，而線段中間的點則表示它們的混合物，通常稱其為表示它們的混合物，通常稱其為濕蒸氣濕蒸氣。濕蒸氣中飽和蒸氣占的。濕蒸氣

10、中飽和蒸氣占的質量成分稱為質量成分稱為干度干度n溫度高于相應壓力下飽和溫度的蒸氣稱為溫度高于相應壓力下飽和溫度的蒸氣稱為過熱蒸氣過熱蒸氣，超出的溫度，超出的溫度值值(t=tts)常稱為過熱度。將工質由飽和蒸氣狀態加熱成所常稱為過熱度。將工質由飽和蒸氣狀態加熱成所需溫度過熱蒸氣的階段稱過熱階段。需溫度過熱蒸氣的階段稱過熱階段。n 一點二線三區五狀態一點二線三區五狀態 1364 蒸汽熱力性質表蒸汽熱力性質表n蒸氣熱力性質計算包括蒸氣熱力性質計算包括液體的參數計算、過熱蒸氣的液體的參數計算、過熱蒸氣的參數計算和濕蒸氣的參數計算參數計算和濕蒸氣的參數計算。n若有恰當的狀態方程，它對液體和蒸氣都有足夠的

11、精若有恰當的狀態方程，它對液體和蒸氣都有足夠的精確度，且有較精確的蒸氣壓方程及比熱容函數，就可確度，且有較精確的蒸氣壓方程及比熱容函數，就可以依據熱力學一般關系對蒸氣的熱力性質進行計算，以依據熱力學一般關系對蒸氣的熱力性質進行計算，或將計算結果編制成蒸氣熱力性質圖、表供工程應用。或將計算結果編制成蒸氣熱力性質圖、表供工程應用。n在計算技術高度發展的今天，直接用計算的方法獲取在計算技術高度發展的今天，直接用計算的方法獲取所需工質狀態參數的數值，己在工程研究和設計中日所需工質狀態參數的數值，己在工程研究和設計中日益廣泛地采用。益廣泛地采用。n在更多的工程計算中還是應用蒸氣熱力性質圖、表進在更多的工

12、程計算中還是應用蒸氣熱力性質圖、表進行查算。行查算。 1464 蒸汽熱力性質表蒸汽熱力性質表n一一 基準點的選定基準點的選定 n熱力學能和熵都是以它們的變化量定義的，熱力學能和熵都是以它們的變化量定義的，某一狀態某一狀態下它們的數值與基準點的數值有關下它們的數值與基準點的數值有關 n不同工質的熱力性質圖表對基準點有不同的選擇。甚不同工質的熱力性質圖表對基準點有不同的選擇。甚至不同著作者編制的同一種工質的熱力性質圖表也可至不同著作者編制的同一種工質的熱力性質圖表也可能選定不同的基準點。能選定不同的基準點。n在水蒸氣熱力性質圖表中，基準點的選定是基本一致在水蒸氣熱力性質圖表中，基準點的選定是基本一

13、致的：處于三相點的飽和水的熱力學能及熵值為零的：處于三相點的飽和水的熱力學能及熵值為零n對于氨蒸氣、氟里昂蒸氣等對于氨蒸氣、氟里昂蒸氣等制冷工質制冷工質，不同著作者編，不同著作者編制的熱力性質圖表，制的熱力性質圖表，選定的基準點多不相同選定的基準點多不相同 1564 蒸汽熱力性質表蒸汽熱力性質表n二二 飽和液及飽和蒸氣熱力性質表飽和液及飽和蒸氣熱力性質表 n飽和液及飽和蒸氣是可以兩相平衡共存的狀態，它們的獨立飽和液及飽和蒸氣是可以兩相平衡共存的狀態，它們的獨立強度參數只有一個強度參數只有一個 n對應對應一定的溫度一定的溫度t，就有確定的飽和壓力，就有確定的飽和壓力ps、飽和液的比體積、飽和液的

14、比體積v、比焓、比焓h、比熵、比熵s、以及飽和蒸氣的比體積、以及飽和蒸氣的比體積v、比焓、比焓h、比熵比熵s。n同樣，在同樣，在給定壓力給定壓力p以后，就可以確定飽和溫度以后，就可以確定飽和溫度ts及飽和液、及飽和液、飽和蒸氣的各個參數。飽和蒸氣的各個參數。n附錄表附錄表9、10、12、13、14分別給出分別給出H2O、NH3及及R134a的的飽和液及飽和蒸氣熱力性質表。飽和液及飽和蒸氣熱力性質表。 1664 蒸汽熱力性質表蒸汽熱力性質表n二二 飽和液及飽和蒸氣熱力性質表飽和液及飽和蒸氣熱力性質表 n飽和液及飽和蒸氣表還用以進行飽和液及飽和蒸氣表還用以進行濕蒸氣參數的計算濕蒸氣參數的計算n例如

15、，在給定濕蒸氣的壓力例如，在給定濕蒸氣的壓力(或溫度或溫度)及干度及干度x的條件下，可的條件下，可以在表上查取飽和液的比體積以在表上查取飽和液的比體積v及飽和蒸氣的比體積及飽和蒸氣的比體積v，1kg濕蒸氣中飽和蒸氣所占容積為濕蒸氣中飽和蒸氣所占容積為xv、飽和液占的容積為、飽和液占的容積為(1x)v，因此濕蒸氣的平均比體積，因此濕蒸氣的平均比體積vx為為n n同理同理 1764 蒸汽熱力性質表蒸汽熱力性質表n三三 未未 飽和液及過熱蒸氣熱力性質表飽和液及過熱蒸氣熱力性質表 n未飽和液及過熱蒸氣在平衡時都呈單相狀態，它們有兩個獨未飽和液及過熱蒸氣在平衡時都呈單相狀態，它們有兩個獨立的強度參數，只

16、有給定了兩個參數才能確定狀態，從而確立的強度參數，只有給定了兩個參數才能確定狀態，從而確定其它參數定其它參數 n為應用方便，工程上通常為應用方便，工程上通常給定溫度和壓力制作未飽和液及過給定溫度和壓力制作未飽和液及過熱蒸氣熱力性質表熱蒸氣熱力性質表 n附錄表附錄表11給出未飽和水及過熱蒸汽熱力性質表，附錄表給出未飽和水及過熱蒸汽熱力性質表，附錄表15給出制冷工質給出制冷工質134a過熱蒸氣熱力性質表。過熱蒸氣熱力性質表。n在有相區分界線的間隔內存在著相轉變區域，故不能用處于在有相區分界線的間隔內存在著相轉變區域，故不能用處于分界線不同側的參數值作內插計算分界線不同側的參數值作內插計算 1864

17、 蒸汽熱力性質表蒸汽熱力性質表n例題例題6.2 工質工質H2O的壓力為的壓力為10MPa，在具有下列參數時它，在具有下列參數時它的狀態點分別處于什么相區內：的狀態點分別處于什么相區內：n(1)t=280：(2)t=550；(3)v=001m3/kg；(4)h=2500kJkg；(5)h3500kJkg；n(6)s=30kJ/(kgK)n 1964 蒸汽熱力性質表蒸汽熱力性質表n 解：按解：按p=10MPa查以壓力為序的飽和水與飽和水蒸氣表，得查以壓力為序的飽和水與飽和水蒸氣表，得n ts=311037、v0001 452 2m3kg、v=0.018 022 6m3kgn h1 4072kJkg

18、、h2 72446kJ/kg、s=3359 1kJ/(kgK)n s5613 9kJ/(kgK)n (1)t=280ts，H2O處于未飽和水區處于未飽和水區n (2)t=550ts，H2O處于過熱蒸汽區處于過熱蒸汽區n (3)vv=001m3/kgv，H2O處于濕蒸汽區處于濕蒸汽區n (4)hh，H2O處于過熱蒸汽區處于過熱蒸汽區n (6)s=30kJ(kgK)s，H2O處于未飽和水區處于未飽和水區 2065 蒸汽熱力性質圖蒸汽熱力性質圖n 蒸氣熱力性質表中所列參數值的精確度較高，這是熱力性質蒸氣熱力性質表中所列參數值的精確度較高，這是熱力性質表的優點。表的優點。n熱力性質表中的數據是離散的，

19、應用中往往需要采用內插計熱力性質表中的數據是離散的，應用中往往需要采用內插計算，帶來應用的不便；算，帶來應用的不便；n數據表不能形象地表示熱工設備中工質的熱力過程。數據表不能形象地表示熱工設備中工質的熱力過程。n按照各種工程具體應用的要求，選用不同的參數坐標，將工按照各種工程具體應用的要求，選用不同的參數坐標，將工質的熱力狀態參數關系制成線圖供工程應用。這種線圖稱熱質的熱力狀態參數關系制成線圖供工程應用。這種線圖稱熱力性質圖。力性質圖。n常用的熱力性質圖有熱能動力工程中采用的常用的熱力性質圖有熱能動力工程中采用的焓焓熵熵(hs)圖圖、制冷工程中采用的制冷工程中采用的壓壓焓焓(p-h)圖圖、深冷

20、工程中常用的溫、深冷工程中常用的溫熵熵(Ts)圖，等等。圖，等等。 2165 蒸汽熱力性質圖蒸汽熱力性質圖n 一一 焓焓熵熵(h-s)圖圖 n 換熱設備的換熱量、熱力機械完成的技術功量常常都用設備換熱設備的換熱量、熱力機械完成的技術功量常常都用設備進、出口工質的焓差計算，而熵是表達過程方向的參數，故進、出口工質的焓差計算，而熵是表達過程方向的參數，故以焓為縱坐標，熵為橫坐標的焓以焓為縱坐標，熵為橫坐標的焓熵圖在熱能動力工程中廣熵圖在熱能動力工程中廣為應用為應用 n 2265 蒸汽熱力性質圖蒸汽熱力性質圖n 例題例題6.8 參數參數p1=9MPa、t1=500的過熱蒸汽進入汽輪機絕熱膨脹到的過熱

21、蒸汽進入汽輪機絕熱膨脹到出口壓力出口壓力p2=0005MPa。若將過程理想化為定熵過程，求過程作出的。若將過程理想化為定熵過程，求過程作出的功量、出口蒸汽狀態及干度。功量、出口蒸汽狀態及干度。n解：此題應用蒸汽的熱力性質圖進行計算、分析比較方便。解：此題應用蒸汽的熱力性質圖進行計算、分析比較方便。n按給定的按給定的pl、tl在在hs圖上確定進口蒸汽狀態點圖上確定進口蒸汽狀態點1，并查得，并查得h13 387.0kJ/kg、s1=6.659kJ(kgK)、v1=0037m3/kg。n按題意，由進口狀態點按題意，由進口狀態點1作定熵線與作定熵線與p2定壓線的交點即為出口狀態點定壓線的交點即為出口狀

22、態點2，并查得并查得n s2=s1=6.659kJ(kgK)、h22028.0kJkg、v222m3/kg、t233 n定熵膨脹作功量定熵膨脹作功量n wth1h23 387.02 028.0n 1 359.0kJkg 2365 蒸汽熱力性質圖蒸汽熱力性質圖n二二 壓壓焓焓(ph)圖圖 n 蒸氣壓縮制冷循環的主要過程中包括制冷劑在蒸發器內的定壓吸熱過程，蒸氣壓縮制冷循環的主要過程中包括制冷劑在蒸發器內的定壓吸熱過程，在冷凝器中的定壓放熱過程，和一個進、出口焓值相等的絕熱節流過程。在冷凝器中的定壓放熱過程，和一個進、出口焓值相等的絕熱節流過程。壓力和焓值是確定、分析、計算蒸氣壓縮制冷循環的主要參

23、數。因此，壓力和焓值是確定、分析、計算蒸氣壓縮制冷循環的主要參數。因此，以壓力為縱坐標、焓為橫坐標的壓以壓力為縱坐標、焓為橫坐標的壓焓圖在制冷工程中廣為應用。焓圖在制冷工程中廣為應用。 2465 蒸汽熱力性質圖蒸汽熱力性質圖n例題例題6.6 氟里昂氟里昂R134a在制冷設備中由壓力在制冷設備中由壓力p11 000kPa的飽和液的飽和液(狀態狀態1)經絕熱節流至經絕熱節流至p2=400kPa(狀狀態態2)；進入蒸發器定壓吸熱氣化成飽和蒸氣；進入蒸發器定壓吸熱氣化成飽和蒸氣(狀態狀態3)；再；再由壓縮機定熵壓縮到初壓由壓縮機定熵壓縮到初壓p1(狀態狀態4)；最后在冷凝器中定；最后在冷凝器中定壓放熱凝結為初態飽和液，完成循環。壓放熱凝結為初態飽和液，完成循環。(1)將上述循環表將上述循環表示在氟里昂示在氟里昂134a的的Ts及及ph圖上；圖上；(2)在蒸氣熱力性在蒸氣熱力性質圖表中查取或計算出各狀態點的溫度、焓、熵、比體質圖表中查取或計算出各狀態點的溫度、焓、熵、比體積及干度；積及干度；(3)計算循環在蒸發器內的吸熱量，在冷凝器計算循環在蒸發器內的吸熱量，在冷凝器中的放熱量及壓縮機的耗功量。中的放