气体和蒸汽的性质(3-4-7)

1、3-4 水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气是实际气体的代表水蒸气是实际气体的代表水蒸气水蒸气在空气中含量极小，当作在空气中含量极小，当作理想气体理想气体一般情况下，为一般情况下，为实际气体实际气体，使用图表，使用图表18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质世纪，蒸气机的发明，是唯一工质直到内燃机发明，才有燃气工质直到内燃机发明，才有燃气工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质优点优点: 便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好是其它实际气体的代表是其它实际气体的代表一、汽化与凝结一、汽化与凝结汽化汽化

2、: 物质由物质由液态转变为气态液态转变为气态的过程。的过程。蒸发：在液体表面进行蒸发：在液体表面进行 的汽化过程的汽化过程沸腾：在液体表面及内部进行的强烈沸腾：在液体表面及内部进行的强烈汽化过程。汽化过程。凝结：物质由凝结：物质由气态转变为液态气态转变为液态的过程。凝结的过程。凝结的速度取决于空间蒸气的压力。的速度取决于空间蒸气的压力。二、饱和状态二、饱和状态(Saturated state)饱和状态饱和状态液体分子脱离其液体分子脱离其表面的汽化速度表面的汽化速度气体分子回到液气体分子回到液体中的凝结速度体中的凝结速度这时液体与蒸气处于动态这时液体与蒸气处于动态平衡状态，称为平衡状态，称为饱和

3、状态饱和状态饱和液体饱和液体饱和蒸气饱和蒸气饱和温度和饱和压力饱和温度和饱和压力 处于饱和状态的气、液温度相同，称为饱和处于饱和状态的气、液温度相同，称为饱和温度温度t ts s，蒸汽的压力称为饱和压力，蒸汽的压力称为饱和压力p ps s sstfp ts上升，上升， ps上升；上升； ps上升，上升， ts上升。上升。结论：结论：一定的饱和温度对应于一定一定的饱和温度对应于一定的饱和压力，反之也成立，的饱和压力，反之也成立，即两者间存在单值关系即两者间存在单值关系。三相点三相点固、液、气三相共存的状态固、液、气三相共存的状态 1) 当压力低于当压力低于ptp时，液相不可能存在，而只可能是气时

4、，液相不可能存在，而只可能是气 相或固相。相或固相。 ptp称为三相点压力，对应的饱和温度称为三相点压力，对应的饱和温度ttp称为三相称为三相点温度。点温度。 2) 三相点温度和压力是最低的饱和温度和饱和压力。三相点温度和压力是最低的饱和温度和饱和压力。 3) 各种物质在三相点的温度与压力分别为定值，但比体积各种物质在三相点的温度与压力分别为定值，但比体积则随固、液、气三相的混合比例不同而异。则随固、液、气三相的混合比例不同而异。水的三相点温度和压力值：水的三相点温度和压力值：PapKTtptp659.61116.273物质有三种聚集状态：物质有三种聚集状态：固态、液态、气态固态、液态、气态热

5、力学面：热力学面：以以p,v,T表示的物质各种状态表示的物质各种状态 的曲面的曲面水的三态：水的三态：冰、水、蒸汽冰、水、蒸汽水的热力学面水的热力学面两相区两相区单相区单相区气气液液固固pvT六个区：三个单相区、三个两相区六个区：三个单相区、三个两相区液液-气气固固-气气固固-液液pvT饱和线、三相线和临界点饱和线、三相线和临界点pv四个线：三个饱和线、一个三相线四个线：三个饱和线、一个三相线饱和气线饱和气线三相线三相线饱和液线饱和液线饱和固线饱和固线T临界点临界点一个点：一个点：临界点临界点22.064Pa,373.99KcrcrpT水的定压加热汽化过程水的定压加热汽化过程工业上所用的水蒸气

6、都是在定压加热工业上所用的水蒸气都是在定压加热设备中产生的。一般经过三个阶段：设备中产生的。一般经过三个阶段：预热阶段预热阶段汽化阶段汽化阶段过热阶段过热阶段几个名词几个名词 饱和液饱和液(saturated liquid)处于饱和状态的液体处于饱和状态的液体： t = ts 干饱和蒸汽干饱和蒸汽(dry-saturated vapor; dry vapor ) 处于饱和状态的蒸汽处于饱和状态的蒸汽：t = ts 未饱和液未饱和液(unsaturated liquid) 温度低于所处压力下饱和温度的液体温度低于所处压力下饱和温度的液体：t ts, t ts = d 称过称过 热度热度(degr

7、ee of superheat)。 湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽(wet-saturated vapor; wet vapor ) 饱和液和干饱和蒸汽的混合物饱和液和干饱和蒸汽的混合物：t = ts使未饱和液达饱和状态的途径：使未饱和液达饱和状态的途径：pt, tpptts不变，保持 pttpps不变，保持水蒸气定压发生过程图及其原理水蒸气定压发生过程图及其原理预热阶段预热阶段饱和水饱和水未饱和水（过冷水未饱和水（过冷水）状态及状态参数：状态及状态参数：hhssvvttconstps.hhssvvttconstps. 这个阶段所需的热量称为液体热这个阶段所需的热量称为液体热 ql汽化阶段汽化阶段干饱和

8、蒸干饱和蒸汽汽饱和水饱和水湿湿(饱和饱和)蒸汽蒸汽hhssvvttconstps.hhhsssvvvttconstps .hhssvvttconstps . 这个阶段所需的热量称为汽化潜热这个阶段所需的热量称为汽化潜热 g g湿饱和蒸汽：饱和水湿饱和蒸汽：饱和水与饱和蒸汽混合物与饱和蒸汽混合物干度（干度（dryness）液汽汽mmmx（湿度湿度 y =1x）x01饱和液饱和液湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽干饱和蒸汽干饱和蒸汽定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用w 或或 x 表示。表示。过热阶段过热阶段过热蒸汽过热蒸汽干饱和蒸汽干饱和蒸汽hhssvvttconstp

9、s .hhssvvttconstps . 这个阶段所需的热量称为过热热这个阶段所需的热量称为过热热 qsup。 t-ts称为过热度称为过热度相变图相变图水定压加热汽化过程的水定压加热汽化过程的p-v图及图及T-s图图一点一点临界点临界点crcr3cr22.064MPa373.99 C0.003106m /kgptv两线两线上界限线上界限线下界限线下界限线三区三区液液汽液共存汽液共存汽汽五态五态未饱和水未饱和水饱和水饱和水湿蒸汽湿蒸汽干饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽过热蒸汽分析：分析： p-v图中可以看出：影响图中可以看出：影响 v 的主要是的主要是 P 和和 T：1)对液态而言，对液态而言，T对对

10、v的影响比的影响比P的影响大，因而当的影响大，因而当P增加时，增加时，对应的饱和温度增加，则饱和液体的比体积增大；对应的饱和温度增加，则饱和液体的比体积增大；2)对汽态而言，正好相反，因而，随着对汽态而言，正好相反，因而，随着P的增加，饱和蒸汽的的增加，饱和蒸汽的比体积减小；比体积减小；3)饱和液体线与饱和蒸汽线必相交于一点饱和液体线与饱和蒸汽线必相交于一点C(临界点临界点)临界点：临界点：当当ttcr时，无论压力如何增加都不可能液化时，无论压力如何增加都不可能液化水的临界参数：水的临界参数：kgmvMPapCtcrcrcr/003106. 0064.2299.3733一点：一点：二线：二线：

11、三区：三区：五态：五态：临界点临界点上界线和下界线上界线和下界线液态区、湿蒸汽区、过热区液态区、湿蒸汽区、过热区未饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸未饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽汽、过热蒸汽3-6 水和水蒸水和水蒸气气的状态参数的状态参数水及水蒸气的参数计算中不必求其绝对值，仅求水及水蒸气的参数计算中不必求其绝对值，仅求其增量或减少量，故可规定一任意起点。国际水蒸其增量或减少量，故可规定一任意起点。国际水蒸气会议规定，水的三相点即气会议规定，水的三相点即273.16K的液相水作为的液相水作为基准点，规定其热力学能及熵为基准点，规定其热力学能及熵为0，即对于，即对于t0=ttp=0

12、.01C、p0=ptp=611.659 Pa的饱和水有：的饱和水有：kgkJvpuhkgmvKkgkJskgkJu/0/00100021. 0)/(0/000003000一、零点规定一、零点规定 忽略水的压缩性，即比体积忽略水的压缩性，即比体积v不变，又温度不变，又温度不变，则不变，则: uo=u0=0, w=0 q=0 熵也不变，熵也不变， so=so=0, h0= uo+p0 v0=0 （压力不高时）（压力不高时）二、温度为二、温度为0.01、压力为、压力为p的过冷水的过冷水三、温度为三、温度为t、压力为、压力为p的饱和水的饱和水 273.160273.16273.164.1868/4.1

13、868ln/(. )273.16TlplsCTTsKpqc dThhqtkJ kgTqdTsckJkg KTT shql饱和水状态：饱和水状态：在压力与温度较高时，水的在压力与温度较高时，水的cp变化不大，且变化不大，且h0也不也不能再认为零，故不能用上两式计算能再认为零，故不能用上两式计算ql和和s. shql随压力的升高而增大随压力的升高而增大（当水温度小于（当水温度小于100时，平均比热容时，平均比热容cp4.1868kJ/(kgK)）四、压力为四、压力为p的干饱和蒸汽的干饱和蒸汽) () () (vvpuuhhssTsg 加热饱和水，全部汽化后成为压力为加热饱和水，全部汽化后成为压力为

14、p、温度为、温度为ts的干饱和蒸汽，其各参数以的干饱和蒸汽，其各参数以v、h、s、u表示。汽表示。汽化潜热为：化潜热为：增加热力学能增加热力学能的热量的热量汽化时比体积增大汽化时比体积增大用以膨胀功的热量用以膨胀功的热量sxxxTxssxxssxhhxxhhxvvxxvvgg)1 ()1 ()1 (五、压力为五、压力为p的湿饱和蒸汽的湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽中部分为水部分为蒸汽，此时温度湿饱和蒸汽中部分为水部分为蒸汽，此时温度t为为对应于对应于ps的饱和温度，即的饱和温度，即t=ts。因为。因为ts和和Ps互为相对互为相对应之数值，不是相互独立的参数，仅应之数值，不是相互独立的参数，仅ts和和Ps

15、不能决不能决定其状态。通常采用干度定其状态。通常采用干度x来决定其状态。来决定其状态。 超过超过ts之值称为过热度，即之值称为过热度，即t ts。过热热量过热热量qsup为为因过热蒸汽的因过热蒸汽的cp是是p、t的复杂函数，故上式不宜用的复杂函数，故上式不宜用于工程计算于工程计算。sup273.16SsTTpTshhqdTdTsccTTTg六、压力为六、压力为p的过热蒸汽的过热蒸汽supsTpTqc dT3-7 水蒸气表和图水蒸气表和图3-7 3-7 水蒸气表和图水蒸气表和图水与水蒸气的状态参数水与水蒸气的状态参数p、v、t、h、s均均可从水蒸气图表中查到，图表中没有的可从水蒸气图表中查到，图

16、表中没有的参数，可根据参数间的一般关系计算得参数，可根据参数间的一般关系计算得到，如到，如u按按u=h-pv计算。计算。一、水蒸气表一、水蒸气表饱和水及干饱和蒸汽表（表饱和水及干饱和蒸汽表（表36）未饱和水及过热蒸汽表（表未饱和水及过热蒸汽表（表37）查表的目的查表的目的蒸气表蒸气表判断工质所处的状态判断工质所处的状态查相应的表或进行相应的计算查相应的表或进行相应的计算1.1.饱和水和干饱和蒸汽表饱和水和干饱和蒸汽表（表（表36）2.2.未饱和水和过热蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表（表（表37）p0.001 MPa0.005 MPa0.01 MPa饱饱和和参参数数ts=6.949 v=0.001

17、000 1, v”=129.185h=29.21, h”=2513.3s=0.105 6, s ”=8.9735ts=32.879 v=0.001 005 3, v”=28.191h=137.72, h”=2 560.6s=0.4761, s”=8.3930ts=45.799 v=0.001 010 3, v”=14.673h=191.76, h”=2583.7s=0. 649 0, s”=8.1481tvhsvhsvhsm3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/(kgK) 00.0010002- -0.05- -0.00020.0010

18、0020.0010003- -0.05- -0.00020.0010002- -0.04- -0.000210130.5982519.08.993842.010.15100.001000342.010.151020135.2262537.79.05880.001001883.870.29630.001001883.870.296340144.4752575.29.182328.8542574.08.43660.001009167.510.572350149.0962593.99.241229.7832592.98.496114.8692591.88.173260153.7172612.79.2

19、98430.7122611.88.553715.3362610.88.231380162.9562650.39.408032.5662649.78.663916.2682648.98.3422100172.1922688.09.512034.4182687.58.768217. 1962686.98.4471120181.4262725.99.610936.2692725.58.867418.1242725.18.5466情况一：情况一： 已知（已知（p,t）查饱和表得已知压力（或温度）下的饱和温查饱和表得已知压力（或温度）下的饱和温度度ts(p)（或饱和压力（或饱和压力ps(t) ）：）：过

20、热蒸气）出干度饱和状态或湿蒸气（给未饱和水)()()(pttxpttpttsss 在湿蒸气区，在湿蒸气区，p、t不是两个独立的变量，因此不能由不是两个独立的变量，因此不能由p、t确定状态点。这时还需要已知干度确定状态点。这时还需要已知干度 x 。情况二：已知情况二：已知p（或（或t）及某一比参数）及某一比参数y（v或或s或或h）查饱和表得已知压力（或温度）下的查饱和表得已知压力（或温度）下的y、y”： 过热蒸汽）湿蒸汽（算出干度未饱和水yyxyyyyyyyyyx 在湿蒸气区干度及其它参数的的计算：在湿蒸气区干度及其它参数的的计算：)()()(hhxhhssxssvvxvv 二、二、 水蒸气的的水蒸气的的t s图图 X=0X=1三、蒸气的三、蒸气的h-s图图饱和液线和饱和蒸气线饱和液线和饱和蒸气线定压线簇定压线簇定温线簇定温线簇定容线簇定容线簇定干度线定干度线(1)(1)焓熵图的画法焓熵图的画法（上界线上界线）、饱和液线（）、饱和液线（下下qTdsdhvdpp0hTsCCp0hTsC点为分界点，不在极值点上点为分界点，不在极值点上焓焓 熵熵 图图(2)(2)焓熵图的画法焓熵图的画法气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体两相区：两相区：T、p一一对应，一一对应，T 线即线即