什么是蒸汽-蒸汽的性质-定义

什么是蒸汽-蒸汽的性质。蒸汽是一种看不见的气体,由蒸发的水组成。蒸汽的性质列在所谓的“蒸汽表”中。优德app热能工程

什么是蒸汽

蒸汽是一个看不见的气体汽化水的由水沸腾时形成的汽化水组成的当蒸汽可见时,它包含可见的水滴雾。这样的蒸汽被称为“湿蒸汽”,但“干蒸汽总是看不见的。在较低的压力下,如在上层大气或热电厂的凝汽器中,在标准温度和压力下,蒸汽的存在温度可以低于标称的100℃。

水相图
水的相图。
来源:wikipedia.org CC BY-SA

因为水和蒸汽是否有一个常用的媒体用于换热转换的能量,蒸汽是由能源系统大规模产生的,例如,在热电厂。正如所有传统火电厂的典型做法一样,热能被用来产生蒸汽,驱动与发电机相连的汽轮机发电。需要注意的是,现代蒸汽涡轮机产生的电力占世界总发电量的80%以上。

蒸汽一般是根据蒸汽/(液体+蒸汽)部分来分类的。这个分数是蒸汽的一个重要参数,它被称为蒸汽质量。

参见:水的性质

增压器:汽液平衡
加压器
稳压器是压水堆的关键部件。

一个加压器是a的一个分量吗压水反应堆主回路的压力,由一个加压器,一个独立的容器,连接到一次回路(热腿),并部分充满水,加热到饱和温度(沸点)为所需压力所淹没电加热器。稳压器的温度可以保持在350°C(662°F),这给出了30°C的过冷裕度(稳压器温度和反应堆堆芯最高温度之间的差值)。过冷裕度是压水堆非常重要的安全参数,因为必须排除堆芯沸腾。本论文的基本设计压水反应堆包括这样的要求,即反应堆冷却剂系统中的冷却剂(水)不能沸腾。为了实现这一点,反应堆冷却剂系统中的冷却剂要保持在足够高的压力下,这样当核电站运行或分析瞬态时,冷却剂的温度就不会发生沸腾。

功能

压力在稳压器中是通过改变稳压器中冷却剂的温度来控制的。为此,安装了两个系统。水喷雾系统电加热器系统。增压器的容积(几十立方米)是根据饱和参数注满水和蒸汽的。水喷淋系统(相对冷的水-从冷腿)可以降低压力在容器冷凝蒸汽溅在容器内的水滴上。另一方面,水下电加热器的设计是为了提高压力蒸发的水在这艘船。在封闭系统中,水压直接跟踪水温;随着温度的升高,压强也随之升高。

蒸汽发生器-操作条件
蒸汽发生器-立式
蒸汽发生器-立式

蒸汽发生器是热交换器用于转换给水变成水蒸气从一个核反应堆堆芯。产生的蒸汽驱动涡轮机。它们在大多数核电站中都被使用,但根据不同的类型有很多反应堆类型

热的一次冷却剂(水330°C;626°F;16 mpa)被泵入蒸汽发生器通过主入口。采用高压一次冷却剂使水保持液态。不得发生主冷却剂沸腾。液态水流经蒸汽发生器内成百上千的管道(通常直径1.9厘米)。给水(二次回路)从~ 260°C 500°F达到液体的沸点(280°C;536°F;6、5 mpa)。热量通过这些管道的壁传递到位于换热器二次侧的低压二次冷却剂,在那里冷却剂蒸发成压力蒸汽(饱和蒸汽280°C;536°F;6、5 MPa)。被压蒸汽通过蒸汽出口离开蒸汽发生器,继续进入汽轮机。热量的传递是在不混合两种液体的情况下完成的,以防止二次冷却剂具有放射性。主冷却剂离开(水295°C;563°F;16 mpa)蒸汽发生器通过主出口并继续通过冷腿至一个反应堆冷却剂泵然后进入反应堆。

蒸汽质量-干燥分数

wet-steam-vapor-liquid-mixture-min从……可以看出水相图,在两相区(例如在汽/液相边界),只指定温度就可以设定压力,指定压力就可以设定温度。但是这些参数不能定义体积和焓,因为我们需要知道相对焓两相的比例礼物。

质量分数在两相液-气区域的蒸汽称为蒸汽质量(或干燥部分),x,由下式给出:

蒸汽质量

质量的取值范围为0到统一。虽然定义为比率,但质量通常是用百分比来表示的。从这个观点来看,我们把蒸汽分为三种基本类型。它必须在x=0处加上饱和液体状态(单相)。

这种蒸汽分类有其局限性。考虑在压力下加热的系统的行为,即高于临界压力。在这种情况下,会有没有相变从液体变成蒸汽。在所有状态下,只有一个相。只有当压力小于临界压力时,才能发生蒸发和冷凝。“液体”和“蒸汽”这两个词往往失去了它们的意义。就是压强高于临界压力,水处于一种特殊的状态,即被称为超临界流体状态

参见:饱和

参见:超临界流体

参见:节流的蒸汽

饱和和过冷液体
水相图
水的相图。
来源:wikipedia.org CC BY-SA

从水的相图可以看出,在两相区域(如汽/液相边界),只指定温度就可以设定压力,指定压力就可以设定温度。

  • 饱和蒸汽曲线是T-s图中两相状态和过热蒸汽状态的分离曲线。
  • 液体饱和曲线曲线是分开的吗过冷液体状态和T-s图中的两相态。

如果水以液体的形式存在饱和温度和质量的压力x = 0,它被称为饱和液体状态(单相)。如果液体的温度低于现有压力下的饱和温度,则称之为a过冷液体或者一个压缩液体。这个词低温冷却指在一定温度下存在的液体下面它的正常沸点。例如,水通常在100°C(大气压下)沸腾;在室温20°C时,水称为“过冷”。类似地,过冷度在核工程中也有定义,但目的不同。

例如,稳压器的温度可以保持在350°C(662°F),这就给出了30°C的过冷裕度(稳压器温度和堆芯最高温度之间的差值)。过冷裕度是压水堆非常重要的安全参数,因为必须排除堆芯沸腾。

subcooled-liquid-min

湿蒸汽-汽液混合物
wet-steam-vapor-liquid-mixture-min 湿蒸汽其特征是蒸汽质量,它的范围从0到单位-开放间隔(0,1)。当汽相质量为0时,称为饱和液态(单相)。另一方面,当蒸汽质量等于1时,称为饱和蒸汽状态或干蒸汽(单相)。在这两种状态之间,我们谈论气液混合物湿蒸汽(两相混合物)。在恒压下,能量的增加不会改变混合物的温度,但蒸汽质量和比体积的变化。在……的情况下蒸汽(100%的质量),它包含了该压力下100%的潜热。饱和液态水,没有潜热,因此质量为0%,因此将只包含明智的热量。
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通常大多数人核电站运营多级冷凝汽轮机。在这些涡轮机高压阶段接收蒸汽蒸汽(这几乎是饱和蒸汽- x = 0.995 - C点图)从蒸汽发生器和排气湿度separator-reheater (D)。必须加热蒸汽,以避免损害可以引起的汽轮机叶片低蒸汽质量。再热器的加热蒸汽的蒸汽(D),然后是针对汽轮机的低压阶段,扩张(E, F)。精疲力竭的蒸汽压力低于大气,并在部分冷凝状态(F),通常的质量接近90%。

湿蒸汽比焓

饱和液态水的比焓(x = 0)干蒸汽(x=1)可以从蒸汽表中选取。在的情况下湿蒸汽,实际焓值可根据蒸汽质量,x,饱和液态水和干蒸汽的比焓:

h湿= h年代X + (1 - X) hl

在哪里

h湿=湿蒸汽焓(J/kg)

h年代=“干”蒸汽焓(J/kg)

hl=饱和液态水焓(J/kg)

可以看出,湿蒸汽的焓总是比干蒸汽低。

湿蒸汽比熵

同样,饱和液态水(x=0)和干蒸汽(x=1)的比熵也可以从蒸汽表中得到。在有湿蒸汽的情况下,实际熵可以通过蒸汽质量来计算,x,饱和液态水和干蒸汽的比熵:

年代湿=年代年代X + (1 - X) sl

在哪里

年代湿=湿蒸汽熵(J/kg K)

年代年代=“干”蒸汽的熵(J/kg K)

年代l=饱和液态水熵(J/kg K)

湿蒸汽比容量

同样,饱和液态水(x=0)和干蒸汽(x=1)的比容也可以从蒸汽表中选取。如果是湿蒸汽,实际比容可以根据蒸汽质量来计算,x,饱和液态水和干蒸汽的具体体积:

v湿= v年代X + (1 - X) vl

在哪里

v湿=湿蒸汽比容(m3./公斤)

v年代=“干”蒸汽的比容(m3./公斤)

vl=饱和液态水的比容(m3./公斤)

例子:

高压汽轮机运行阶段在稳态进气条件6 MPa, t = 275.6°C时,x = 1 (C点)。蒸汽涡轮机叶这一阶段在1.15 MPa的压力,186°C和x = 0.87 (D),计算这两个状态之间的焓差。

状态C的焓可以直接从蒸汽表中选取,而状态D的焓必须使用蒸汽质量来计算:

h1、湿=2785焦每千克

h2、湿= h2,年代X + (1 - X) h2,我= 2782。0。87 +(1 - 0。87)790 = 2420 + 103 =2523焦每千克

Δh = 262 kJ/kg

干蒸汽-饱和蒸汽
水相图
水的相图。
来源:wikipedia.org CC BY-SA

干蒸汽,或饱和蒸汽,其特征是蒸汽质量,这是等于团结。当汽相质量为0时,称为饱和液态(单相)。另一方面,当蒸汽质量等于1时,称为饱和蒸汽状态或干蒸汽(单相)。在这两种状态之间,我们讨论汽液混合物或湿蒸汽(两相混合物)。在恒压下,能量的增加不会改变混合物的温度,但蒸汽质量和比体积的变化。在……的情况下蒸汽(100%的质量),它包含了该压力下100%的潜热。饱和液态水,没有潜热,因此质量为0%,因此将只包含明智的热量。

通常大多数人核电站运营多级冷凝汽轮机。在这些涡轮机高压阶段接收蒸汽蒸汽(这几乎是饱和蒸汽- x = 0.995 - C点图)从蒸汽发生器和排气湿度separator-reheater (D)。必须加热蒸汽,以避免损害可以引起的汽轮机叶片低蒸汽质量。再热器的加热蒸汽的蒸汽(D),然后是针对汽轮机的低压阶段,扩张(E, F)。精疲力竭的蒸汽压力低于大气,并在部分冷凝状态(F),通常的质量接近90%。

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过热蒸汽
水相图
水的相图。
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从……可以看出相图对于水,在两相区域(例如在汽/液相的边界上),只指定温度就可以设定压力,指定压力就可以设定温度。

  • 饱和蒸汽曲线是两相态与饱和蒸汽相分离的曲线过热蒸汽状态在T-s图中。
  • 饱和液体曲线是T-s图中分离过冷液体状态和两相状态的曲线。

如果一种蒸汽在饱和温度下完全以蒸汽形式存在,我们称之为蒸汽饱和蒸汽饱和蒸汽干蒸汽。干饱和蒸汽的特征是蒸汽质量等于统一。过热蒸汽过热蒸汽蒸汽是在一定温度下的吗高于沸点在测量温度的绝对压强下。压强和温度过热蒸汽是独立的性质,因为温度可以上升而压力保持不变。实际上,我们称之为气体的物质是高度过热蒸汽。

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T-s图中水蒸气的过热过程如图E状态与饱和蒸汽曲线之间的图所示。也可以看出湿式汽轮机的使用过热蒸汽特别是在低压阶段的入口。为了评价循环热效率,必须从过热器中获得焓值蒸汽表

过热的过程是唯一的方法提高峰值温度在不增加锅炉压力的情况下,使用朗肯循环(并提高效率)。这就需要增加另一种称为a的热交换器过热器,产生过热蒸汽

在过热器中,在固定压力下进一步加热会导致温度和比容的增加。T-s图中的过热过程在状态间图中给出E饱和蒸汽曲线

通常大多数人核电站运营多级冷凝汽轮机。在这些涡轮中,高压级从蒸汽发生器接收蒸汽(该蒸汽是接近饱和的蒸汽- x = 0.995 -图中C点),并将其排到水分分离器-再热器(D点)加热或过热为避免低质量蒸汽对汽轮机叶片造成损伤。当凝结水喷到叶片上时,高水滴含量会引起叶片的快速冲击和侵蚀。为了防止这种情况,在通往汽轮机的蒸汽管道中安装冷凝水排水管。再热器的加热蒸汽的蒸汽(D),然后是针对汽轮机的低压阶段,扩张(E, F)。精疲力竭的蒸汽压力低于大气,并在部分冷凝状态(F),通常的质量接近90%。

蒸汽的性质-蒸汽表

水和蒸汽是一种常见的液体吗换热在一次回路(从燃料棒表面到冷却剂流)和二次回路中。它的使用是因为它可用性高的热容,既可以冷却也可以加热。它特别有效地传递热量蒸发冷凝因为它的水非常大的蒸发潜热

缺点是水慢化反应堆必须使用高压一次回路为了保持水分液态为了达到足够的热力学效率。水和蒸汽还会与钢铁和铜等工业中常见的金属发生反应,这些金属被未经处理的水和蒸汽氧化得更快。在几乎所有的火电站(煤、气、核)中,水被用作工作流体(在锅炉、汽轮机和冷凝器之间的闭环中使用)和冷却剂(用于将废热交换到水体中或通过冷却塔的蒸发将其带走)。

水-蒸汽表的性质
蒸汽表-能源系统中的常见参数

水和蒸汽是一种常见的媒介吗众所周知。它们的属性列在所谓的"蒸汽表”。在这些表格中,基本和关键的性质,如压力,温度,焓,密度和比热,都是沿着气液饱和曲线作为温度和压力的函数表。单相态(压缩的水过热蒸汽)在温度和压力网格上延伸到2000ºC和1000 MPa。

进一步全面的权威数据可于NIST Webbook关于流体热物理性质的页。

参见:蒸汽表

特别推荐:Allan H. Harvey。水的热力学性质,nsti5078。从https://www.nist.gov/sites/default/files/documents/srd/NISTIR5078.htm获取

图:绝对压强与水温的函数关系
水:绝对压力作为温度的函数
水:绝对压力作为温度的函数
图:密度与水温的函数关系
图-密度-水温
密度是水温度的函数
图:动态粘度与水温的关系
动态粘度是水温度的函数
图:动态粘度与水温的关系
来源:wikipedia.org CC BY-SA

例子

在大气压力下水的蒸发
计算蒸发所需的热量1公斤在大气压(p = 1.0133巴)和温度为100°C下的水。

解决方案:

由于这些参数对应的是饱和液态,所以只需要1kg水的汽化潜热。从蒸汽表看,汽化潜热为L = 2257kj /kg。因此所需的热量等于:

ΔH = 2257kj

注意初始比焓h1= 419 kJ/kg,而最终比焓是h2= 2676 kJ /公斤。低压干蒸汽的比焓与高压干蒸汽的比焓非常相似,尽管它们有不同的温度。

水在高压下的蒸发
计算蒸发所需的热量1公斤压力为6mpa (p = 60bar),温度为275.6℃(饱和温度)。

解决方案:

由于这些参数对应于饱和液体状态,只需要1公斤水的汽化潜热。从蒸汽表看,汽化潜热为L = 1571 kJ/kg。因此所需的热量等于:

ΔH = 1571 kJ

注意初始比焓h1= 1214 kJ/kg,而最终比焓是h2= 2785 kJ /公斤。低压干蒸汽的比焓与高压干蒸汽的比焓非常相似,尽管它们有不同的温度。

高压下水的蒸发-蒸汽发生器中的能量平衡
蒸汽发生器-立式
蒸汽发生器-立式

计算一次冷却剂的量,需要蒸发1公斤给水在一个典型的蒸汽发生器。假设没有能量损失,这只是一个理想化的例子。

一次电路的平衡

热的一次冷却剂(水330°C;626°F;16 mpa)被泵入蒸汽发生器通过主入口。主冷却剂离开(水295°C;563°F;16 mpa)蒸汽发生器通过主出口。

h我,进= 1516 kJ /公斤

= >Δh= -206 kJ /公斤

h我出口= 1310 kJ /公斤

给水平衡

给水(水230°C;446°F;6、5 mpa)被泵入蒸汽发生器通过给水口。给水(二次回路)从~ 230°C 446°F达到液体的沸点(280°C;536°F;6、5 mpa)。给水然后蒸发,加压蒸汽(饱和蒸汽280°C;536°F;6、5 MPa)通过蒸汽出口离开蒸汽发生器,继续进入汽轮机。

h二世,入口= 991 kJ /公斤

= >Δh2= 1789 kJ /公斤

h二世,出口= 2780 kJ /公斤

蒸汽发生器的平衡

由于一次冷却剂比给水的比焓差较小,很明显一次冷却剂的量将大于1kg。从给水中产生1公斤饱和蒸汽,大约1789/206 × 1kg = 8.68 kg需要一次冷却剂。

引用:
反应堆物理与热水力学:
  1. J. R. Lamarsh,核反应堆理论导论,第二版,Addison-Wesley,雷丁,MA(1983)。
  2. J. R. Lamarsh, A. J. Baratta,核工程导论,3d版,prentices - hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1。
  3. 《核反应堆物理》,北京:清华大学出版社,2001年。
  4. Glasstone Sesonske。核反应堆工程:反应堆系统工程,施普林格;第4版,1994,ISBN: 978-0412985317
  5. Kazimi Mujid S.核系统卷I:热工水力基础,第二版。CRC出版社;2版,2012,ISBN: 978-0415802871
  6. 李永强,王永强,王永强。核电厂热力系统的热力学w88优德app分析。施普林格;2015年,ISBN: 978-3-319-13419-2
  7. 工程热物理学报,2006,vol . 42, no . 1, no . 1, no . 1, no . 1, no . 1, w88优德appno . 1, no . 1, no . 1, no . 1, no . 1
  8. 现代流体力学。优德体育w88官网手机版施普林格,2010,ISBN 978-1-4020-8670-0。
  9. 美国能源、热力学、传热和流体流动部。w88优德appw88优德备用网址 微博美国能源部基础手册,卷1,2和3。1992年6月。

参见:

材料

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