水和水蒸气的性质课件

第七章水蒸气刚刚脱离液态或距液态较近的气体物质，因其分子间作用力大不能看作理想气体。如工程中常用的水蒸气、氨气、氟里昂等。水蒸气是热能工程中使用最早、应用广泛的一种工质。它具有良好的热力性质，并且廉价、易得、无污染。本章主要介绍水蒸气的形成过程、状态参数的确定、水蒸气图表结构和应用及相关计算。第七章水蒸气刚刚脱离液态或距液态较1

基本知识点

水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的确定、水蒸气图表的结构和应用、水蒸气在热力过程中功量和热量的计算。

本章重点：

工业上水蒸气的定压生成过程，学会使用水蒸气热力学性质的图表，并能熟练的运用于各种热力过程的计算。

基本知识点

水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的2一般水蒸气是实际气体!水蒸气在空气中含量极小，可当作理想气体一般情况下，为实际气体，使用图表18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质直到内燃机发明，才有燃气工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质优点:便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好一般水蒸气是实际气体!水蒸气在空气中含量极小，可当作理想气体37-1纯物质的相变与相图物质有三种聚集状态：固态、液态、气态水的三态：冰、水、蒸汽自然界中大多数纯物质都以三种聚集态存在：固相、液相、气相，如CO2、H2O等。物质的存在状态与它存在的环境有关，如水低温时呈固态，高温时呈气态。现以水为例分析纯物质的三态变化。7-1纯物质的相变与相图物质有三种聚集状态：固态、4三相之间的变化：升华 （卫生球） 溶解汽化

固态

液态

气态凝固 液化凝化（霜）7-1纯物质的相变与相图物质有三种聚集状态：固态、液态、气态水的三态：冰、水、蒸汽三相之间的变化：7-1纯物质的相变与相图物质有三种5

在一定压力下，对固态冰不断加热，冰将经历三个过程变为过热水蒸气。融解过程：冰融化为水，冰全部融化之前为冰水两相，保持融点温度不变。融点：在一定压力下，固体开始融解时的温度。汽化过程：水汽化为蒸气，水全部汽化之前为水气两相，保持沸点温度不变。沸点：在一定压力下，液体开始汽化时的温度。过热过程:水全部变为气后再继续加热，蒸气变为过热蒸气，温度将升高，高于沸点温度。 上述相变过程表示在P—t图上，称为相图。P125图7-1所示

6ab段冰的定压加热b为融点be段水的定压加热e为沸点el段气的定压加热当压力变化时，b,e点位置相应变化。将不同压力下的融点及沸点连接起来，就得到融解线AB和汽化线AC。融解线AB显示融点与压力的关系，它划分了固态与液态的区域。汽化线AC显示了沸点与压力的关系，划分了气态与液态的区域。升华线AD表示升华温度与压力的关系划分了固态与液态的区域。这三线称为相平衡曲线aab段冰的定压加热b为融点融解线AB显示融点与7ab段冰的定压加热b为融点be段水的定压加热e为沸点el段气的定压加热当压力变化时，b,e点位置相应变化。将不同压力下的融点及沸点连接起来，就得到融解线AB和汽化线AC。AC线上方端点C是临界点.如t>tc,则无论压力多大都不能使它变为液体。当压力降低时，AB与AC两线逐渐接近，并交于A点。A点是固、液、汽三态共存的状态，称为三相点。若在低于三相点的压力之下对冰定压加热（m点），当t到一定的值td，冰将从固相直接变为气相．将不同压力下时对应的升华温度点d相连就得到升华曲线AD。aab段冰的定压加热b为融点AC线上方端点C是临界8纯物质（水）的p-T相图pT液相气相固相三相点TP临界点c流体升华线溶解线汽化线水的临界点状态：三相线与临界点气液两相共存的pmax,Tmaxc临界点三相点（固、气、液）一个物质有唯一的三相点，如水的：P—Ｔ图中AB、AC、AD三线将图分成三个单相区，线上两相，A点三相。纯物质（水）的p-T相图pT液相气相固相三相点TP临界点c9纯物质的p-T相图（注意溶解线）ppTT液液气气固固水的p-T相图

凝固时体积膨胀的物质的p-t图

一般物质的p-T相图凝固时体积缩小的物质的p-t图

三相点三相点临界点临界点流体流体升华线升华线溶解线溶解线汽化线汽化线纯物质的p-T相图（注意溶解线）ppTT液液气气固固水的p10思考题没有。t>tc=374.16℃有１.有没有500ºC的水？２.有没有-3℃的蒸汽？思考题没有。t>tc=374.16℃有１.11汽化与饱和沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化(只有在沸点时,气体和液体均处在饱和状态下）因为分子自由热运动，液体表面总有一些较大动能的分子克服表面张力，脱离液面到自由空间去，所以任何温度下汽化均可发生。蒸发速度与温度、表面积、液面风速有关。在蒸发过程中，液面上方的蒸气分子总有可能碰撞液面而返回液体，所以凝结过程也同样进行。只是一般的蒸发都是在自由空间中进行的，液表有大量其它气体，蒸气的分子密度小，分压力低，其凝结速度小于蒸发速度，总的效果是呈蒸发的过程。

1.汽化:由液态变成气态的物理过程(不涉及化学变化)蒸发：汽液表面上的汽化(任何温度)汽化汽化与饱和沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化(只有在沸点时,12若蒸发在封闭的容器中进行，随着蒸发的进行，液面上方的蒸气分子越来越多，其碰撞液面的机率也越来越多，使凝结速度加快。当蒸发速度等于凝结速度时，汽、液两相达到动平衡，这时空间内蒸气分子浓度不再改变，这种两相平衡状态叫饱和状态。这时相应的有饱和蒸气、饱和液体、饱和温度ts、饱和压力Ps。饱和蒸气+饱和水=湿蒸气；不含饱和水的饱和蒸气叫干饱和蒸气。Ts与Ps有一一对应的关系：ts=f(Ps)若Ps变化时，平衡将被打破，然后经一热力过程达到新的平衡若蒸发在封闭的容器中进行，随着蒸发的进行，液13饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和温度Ts饱和压力ps一一对应Tspsps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高压锅ps=1.6barTs=113.32℃饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和温度Ts饱和压力ps一一对14若在一定压力下，对液体加热，当T达到该P对应的饱和温度ts时，液体内部产生大量气泡（开锅），这些气泡不断产生，扩大，上升到液面破裂，随之大量蒸气进入液面上方的空间，这就是沸腾，它是液体内部发生的急剧汽化过程。

相应压力所对应的饱和温度，就是沸点。不同的压力将有不同的沸点，ts和Ps一一对应。（高压锅的好处）。

若在一定压力下，对液体加热，当T达到该P对应的饱和温度15沸腾现象不仅可用加热方法实现，用减压的方法也可以。若将高温水减压，使其压力降低到对应热水温度的饱和压力以下时也会达到沸腾状态。（90℃水内地不沸腾，高原上就是沸腾的）水和水蒸气的性质课件167-2.水蒸气的定压发生过程一.水蒸气的定压发生过程.(p127图＼板书）1.水的定压预热阶段.

(t0→ts水由不饱和水→饱和水)2.饱和水定压汽化阶段.(ts、PS均不变.）饱和水→（饱和水+饱和水蒸气）湿饱和蒸汽→干饱和蒸汽干度：把1Kg湿蒸汽中所含蒸汽的质量称为湿蒸汽的干度,用x表示

汽化阶段,容器内的温度ts恒定.吸收的热量用于由水变为汽所需要的能量和对外做膨胀功.定P下将1Kg饱和液体转变成同温度的干饱和蒸汽所需要的热量叫汽化潜热.用r表示.单位KJ/Kg

7-2.水蒸气的定压发生过程一.水蒸气的定压发生过程.(17对干度x的说明：定义干饱和蒸汽饱和水x=0

饱和水x=1

干饱和蒸汽0≤x≤1在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义3.干饱和蒸汽定压过热阶段.干饱和蒸汽→过热汽t>ts过热度

ᇫt=t-ts对干度x的说明：定义干饱和蒸汽饱和水x=0饱和水18水和水蒸气的性质课件19水蒸气的定压发生过程小结t<tst=tst=tst=tst>tsv<v’v=v’v=v’’v’<v<v’’v>v’’未饱和水饱和水饱和湿蒸汽饱和干蒸汽过热蒸汽h<h’h=h’h=h’’h’<h<h’’h>h’’s<s’s=s’s=s’’s’<s<s’’s>s’’1水预热2汽化3过热’饱和’’干饱和S：饱和V未饱和水蒸气的定压发生过程小结t<tst=tst=ts20水蒸气定压发生过程说明(1)(2)(3)理想气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加汽化潜热(4)未饱和水过冷度过冷水过热蒸汽过热度水蒸气定压发生过程说明(1)(2)(3)理想气体汽化时，21s二、水蒸气的p-v图，T-s图ｐ127一点，二线，三区，五态s二、水蒸气的p-v图，T-s图ｐ127一点，二线，三区22p-v图上的水蒸气定压加热过程因为全过程压力一定,所以在P-V图上是一直线a1→b1处于未饱和水状态,水预热过程.b1→d1湿饱和汽状态是饱和水汽化过程.d1→e1过热汽状态.a1b1c1d1各点的状态分别是未饱和水,饱和水,湿饱和汽,干饱和汽,过热汽

(5种）p-v图上的水蒸气定压加热过程因为全过程压力一定,所以在P-23s在T-S图中，1及３阶段a１→b1,d1→e1都是吸热dT>0dS>0.图形为右上凹的对数曲线,而２阶段汽化过程b1→d1,Ts不变.是一水平线.在不同的压力下(t0不变)重复上述试验,可得到一系列的定P下水蒸汽的发生过程.

将各个过程的相应状态点连接起来,就得到两条重要的曲线:饱和液线AC(下界线)a1b1b2b3...(左为液相,未饱和液区,右为湿汽区)饱和汽线BC(上界线)d1d2d3…(右为过热蒸汽区,左为湿汽区)T-s图上的水蒸气定压加热过程s在T-S图中，1及３阶段a１→b1,d1→e1都是吸热24s

T-s图上的水蒸气定压加热过程随着压力的升高，上、下界线相交于C点.C点被称为临界点,对应的状态参数为临界参数(Pctcvc)不同物质的临界参数不同。当t>tc时,水不可能呈液态.这时不论压力多大,也不能使汽液化,只能通过降温的方法.(tc等温线右侧为汽区)sT-s图上的水蒸气定压加热过程随着压力25水蒸气的定压发生过程在P-VT-S图上所表示的特征,归纳为:一点:临界点二线:饱和液线AC(下界线)饱和蒸汽线BC(上界线)交于C点三区:未饱和液体区,湿饱和蒸汽区,过热蒸汽区五种状态:对水加热,水温升高(比容增加),至到P所对应的饱和温度ts.水开始沸腾.这时的水叫饱和水.水温低于饱和水温度的水称为未饱和水,也叫过冷水。未饱和水,饱和水,湿蒸汽状态,干蒸汽状态,过热蒸汽状态水蒸气的定压发生过程在P-VT-S图上所表示的特26对于湿饱和蒸汽.因为处于饱和状态,其P与T有一一对应关系,即P、T不是相互独立的状态参数.所以要确定湿蒸汽的状态,还要知道其中饱和蒸汽或饱和水的含量(与理想气体不同).湿蒸汽变为干蒸汽的过程中ts,Ps都不变,但是蒸汽水的质量都是变化的.要要确定湿蒸汽的状态还需一个参数：干度X把1KG湿蒸汽中所含蒸汽的质量称为湿蒸汽的干度,用x表示.P123X=M气/(M气+M水)1≥X≥0对于未饱和水M气=0x=0对于干蒸汽M水=0x=1对于湿饱和蒸汽.因为处于饱和状态,其P与T有一一对应关系,即27等压线上饱和态参数ptsv’(bar)v’’s’s’’kJ/(kg.K)0.0061120.010.00100022206.1750.09.15621.099.630.00104341.69461.30277.36085.0151.850.00109280.374811.86046.821550.0263.920.00128580.039412.92095.9712221.29374.150.003260.003264.4294.429(bar)(℃)bdbd等压线上饱和态参数ptsv’(bar)v’’s’s’’kJ/28一、水和水蒸气状态参数确定的原则1、未饱和水及过热蒸汽确定任意两个独立参数，如：p、T2、饱和水和干饱和蒸汽确定p或T3、湿饱和蒸汽除p或T外，还需其它参数x（与两相比例有关）§７-３水和水蒸气状态参数及其图p129一、水和水蒸气状态参数确定的原则1、未饱和水及过热蒸汽确定任291.零点的规定但原则上不为0，对此时的水：

焓、内能、熵零点的规定（A点）国际上统一规定(1963)以纯水在三相点(纯水的冰、水和汽)平衡共存状态下的饱和水作为基准点，这时的饱和水的u和s都＝0（饱水—’饱气—’’）1.零点的规定但302．T=0.01℃，压力为P的未饱和水（点a0）∵水的压缩性小，可以认为水的比容ν与压力P无关∴在t＝0.01℃时，不同P下水的比容可近似地认为相等νo＝0.001m3/kg∵t同ν同∴u也同u＝f(T,ν)｛uo＝uo’＝0s也可so＝so’＝0

当P不太时，h也可以认为相同ho＝uo

+Poνo≈0(ao点的s与A点的熵相同)T—S图上两点重合2．T=0.01℃，压力为P的未饱和水（点a0）313．温度为Ts℃，压力为P的饱和水液体热ql：0.01℃的水在定压P下加热至Ts℃成为饱水所需热量.ql在T—S图上相当于预热段a0—a’下的面积3．温度为Ts℃，压力为P的饱和水32

qL＝h’－ho≈h’－0≈h’吸热＝焓增按水的平均比热CPm

＝4.1868kJ/(kg・k)qL＝h’＝CPm(ts－0.01)≈4.1868ts

当P与T较高时，CP变化较大，ho≠0不能用上式计算ql和s’

当

当TS273.16qL＝h’－ho≈h’－0≈h’当P与T较高33汽化潜热γ：定P下，将一定m的饱和全部变成饱气所需的热量。T—S图a’—a’’下面积各参数关系：γ＝Ts(s’’－s’)＝h’’－h’h’’＝h’+γ

u’’＝h’’－Pν’’

S’’＝S’+γ/Ts

4．饱和力为P的干饱和蒸汽压汽化潜热γ：h’’＝h’+γu’’＝h’’－Pν’34（当p不太大，x不太小时）5．压力为P的湿饱和蒸汽这时，P、Ts不是相互独立的参数，仅已知P、Ts还不能确定湿蒸汽的状态，须再有一个表示湿蒸汽成分的参数，才能使之确定，这个参数就是干度x。（当p不太大，x不太小时）5．压力为P的湿饱和蒸汽356．压力为P的过热蒸汽过热热量：过程阶段加入的热量T－S图上a’’－a’下的面积要确定过热蒸汽的状态，还应知道其过热度t-ts或蒸汽的温度.6．压力为P的过热蒸汽36过热蒸汽的焓：其中是过热热量，t为过热蒸汽的温度，cpm为过热蒸汽由t到ts的平均比定压热容。过热蒸汽的热力学能：过热蒸汽的熵：过热蒸汽的焓：37

2.运用水蒸汽热力性质图、表确定状态参数由于水蒸气的状态较复杂，不便直接利用状态方程进行状态参数分析和计算，工程上主要依靠由热力性质公式制得水蒸汽图、表进行状态参数确定和过程分析计算。水蒸汽状态参数确定有两种方法：1）运用水蒸汽热力性质表a)饱和水和饱和蒸汽表p267b)未饱和水和过热蒸汽表p26９2）水蒸汽焓—熵图，（h—s图）p2872.运用水蒸汽热力性质图、表确定状态参数38二、水和水蒸气表

据状态特点，针对５种状态有两类水蒸气表两类2、未饱和水和过热蒸汽表1、饱和水和饱和蒸汽表1、按温度排列的饱和水与饱和水蒸气表附表12、按压力排列的饱和水与饱和水蒸气表附表23、按压力和温度排列的未饱和水与过热蒸汽表。附表3。三种：P267二、水和水蒸气表

据状态特点，针对５种状态有两类水蒸气表两类39饱和水和饱和水蒸气表１（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表２（按压力排列）饱和水和饱和水蒸气表１（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表２（40饱和参数未饱和水和过热蒸汽表３（注意下划线上未饱水下过热气）饱和参数未饱和水和过热蒸汽表３（注意下划线上未饱水下41据已知的T饱水、气可从附表1（p267）中查出相应的状态参数：PS、ν’、ν’’、h’’、h’、γ、S’、S’’据已知的饱水、饱水气T可从表2中查出相应的状态参数：tS、ν、h、γ、S据已知T、P从表－3中可查出相应的ν、h、S未饱水/过热气。湿区无表可查只能用关系式计算据已知的T饱水、气可从附表1（p267）中查出相应的状态参数42湿饱和蒸汽区状态参数的确定如果有1kg湿蒸气，干度为x,即有xkg饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度xh,v,s汽x与水(1-x)参数与分额的乘积之和湿饱和蒸汽区状态参数的确定如果有1kg湿蒸气43例题：若水的温度t＝120℃压力分别为0.1MPa、0.5MPa、1MPa时，试确定所对应的状态及其焓值☆解:表－3：P1＝0.1MPa时120＞tS1＝99.63℃h＝2716.8kJ/kg过热汽状态P2＝0.5MPa时120＜tS1＝151.85℃h＝503.9kJ/kg未饱和状态P3＝1MPa时120＜tS1＝179.88℃h＝504.3kJ/kg未饱和状态例题：若水的温度t＝120℃压力分别为0.1MPa、0.544P133例7-1蒸汽的状态参数如下，试定其是什么样的蒸汽？(1)P＝0.8MPaν＝0.22m3/kg(2)P＝0.6MPat＝190℃(3)P＝1MPat＝179.88℃解：查表2(定P)1.P＝0.8MPa时，ν’’＝0.2403m3/kg＞ν没全变为气，是湿蒸汽状态2.P＝0.6MPa时相应的tS＝158.84℃t＞tS∴为过热蒸汽3.P＝1MPa时tS＝179.88℃t＝tS是饱和状态∵P、tS不相互独立，不能完全确立饱和状态∴不能确定是干饱和汽、湿饱和汽、还是饱和水水和水蒸气的性质课件45水和水蒸气的性质课件46三、水蒸气的焓--熵(h-s)图由于水蒸气表所给出的数据是不连续的，有时需用内插法求值，同时在分析过程中还可能发生跨越两相的变化过程，这样使用水蒸气表也有不便，不直观。为更方便计算常利用水蒸气表中所列数据制成状态参数坐标图。用起来就更加简便。根据水蒸气各参数间的关系及实验数据制成图线，称为水蒸气线图。水蒸气线图有很多种，这里介绍焓熵（h-s）图三、水蒸气的焓--熵(h-s)图47P132页是h－s图的结构示意图图上有上界线(饱和液体线x＝0)下界线(饱和蒸汽线x＝1)临界点C中有定h线、定s线、定P、定T、及定v线，在湿区还有干度线xP132页是h－s图的结构示意图48由于工程上所用蒸汽多为干度较大的湿蒸汽，饱和蒸汽或过热蒸汽。∴实用的h－s图在x＞0.6的右上部分。x较低的湿气和水(湿区和过热区)仍用查表的方法算。h－s图是据水蒸气表上的数据绘制的，它和其他状态参数坐标图一样，图上的一点表示一个确定的平衡态。从通过该点的各定值线，可查得相应的各状态参数值，就可以对该过程进行热工计算。由于工程上所用蒸汽多为干度较大的湿蒸汽，饱和蒸汽或过热蒸汽。49焓熵图hsCpx=1x=0pC1、零点：h=0，s=0；2、饱和汽线（上界线x=1）；饱和液线（下界线x=0）

C点为分界点，不在极值点上0焓熵图hsCpx=1x=0pC1、零点：h=0，s=0；50hsCpx=1x=0pC03、等压线群：p两相区

pT饱=Const斜直线

单相区sT向上翘的发散的形线两相区既定温又定压

T饱=ConsthsCpx=1x=0pC03、等压线群：p两相区pT饱=C51hsCx=1x=0pvTx气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体趋于水平两相区：T、p一一对应，T线即p线4、定温线ThsCx=1x=0pvTx气相区：离饱和态越远，越接近于理想52hsCx=1x=0pvTx同理想气体一样，v线比p线陡5、等容线vhsCx=1x=0pvTx同理想气体一样，v线比53hsCx=1x=0pvTx在x=0,x=1之间，x=常数的线（湿区才有)6、等干度线x7、等焓线、等熵线hsCx=1x=0pvTx在x=0,x=1之间，x=常数的54hsCx=1x=0pvTx同理想气体一样，v线比p线陡３.在湿区，定压线是一条直线(PS一定)，定温线是一条直线(tS一定)与定压线重合p133例２、临界点c低于干饱和蒸汽线的最高点，它的状态不是饱和和蒸汽焓的极大值。结论１、hsCx=1x=0pvTx同理想气体一样，v线比55§7-4水蒸气的热力过程p133任务：1.确定初终态参数，2.计算过程中的功、热内能q、w、u的变化。在p-v、T-s、h-s图上表示计算方法与理想气体完全不同：理气用状态方程各参数间关系分析求解。蒸汽（实际气体）用查图、表的方法，再结合热力学基本关系式、热一律。基本热力过程

ps

T

v

§7-4水蒸气的热力过程p133任务：1.确定初终态参56基本热力过程：定容、定压、定温、绝热四种分析蒸汽热力过程的一般步骤为：1.用蒸汽图表由初态的两个已知参数定初终态的状态点求其它参数。2.根据题示的过程性质，如压力不变,加上另一个终态参数即可在图上确定进行的方向和终态点,并读得终态参数。3.根据已求得的初、终态参数，应用热力学第一和第二定律等基本方程计算过程量q、wu基本热力过程：定容、定压、定温、绝热四种57注意实际气体与理想气体过程的区别第一定律与第二定律表达式均成立理想气体特有的性质和表达式不能用于水蒸气可逆注意实际气体与理想气体过程的区别第一定律与第二定律表达式均58

1.水蒸气的定压过程q=h=h2-h1第一定律u=h-p(v2-v1)W=q-u=p(v2-v1)wt=0（dp=0）342pv1锅炉、换热器

1.水蒸气的定压过程q=h=h2-h1第一定律59342pv1例：锅炉中，水从40℃

（水），3MPa,定压加热到400

℃（气）。求过程吸热q

q=h2-h1=3230.1-170.15=3059.95kJ/kg（查表p274）P136例7-3；7-5ts(3MPa)=233.893℃342pv1例：锅炉中，水从40℃（水），3MPa,定60水蒸气的定压过程例：水从40℃，3MPa,定压加热到400

℃

q=h2-h12Tshs2h1=170.15kJ/kgh2=3230.1kJ/kgh2h1134143=3059.95kJ/kg水蒸气的定压过程例：水从40℃，3MPa,定压加热到40612.水蒸气的绝热过程图7-13水蒸气的不可逆绝热过程

图7-12水蒸气的可逆绝热(定熵)过程

2.水蒸气的绝热过程图7-13水蒸气的不可逆绝热过程图7622.水蒸气的绝热过程p12’pvp2不可逆过程（熵增）：

汽轮机、水泵12可逆过程（定熵）：12

12’SP136例7-52.水蒸气的绝热过程p12’pvp2不可逆过程（熵增）：汽63水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=02’12Ts不可逆过程：ᇫs>0

可逆过程ᇫs=0：

sp1p2水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=02’12Ts不可逆过程64水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=0hs不可逆过程

可逆过程：

sp1p221h1h2h2’2’不可逆过程功小

水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=0hs不可逆过程可逆过653.水蒸气的定温过程3.水蒸气的定温过程663.水蒸气的定温过程pv实际设备中很少见TCTcT当远离饱线时，接近于理想气体3.水蒸气的定温过程pv实际设备中很少见TCTcT当远离饱线673.水蒸气的定温过程12Tshs122’理想气体

可逆过程：1-2’实际气体1-23.水蒸气的定温过程12Tshs122’理想气体可逆过程：684.水蒸气的定容过程水和水蒸气的性质课件694.水蒸气的定容过程实际设备中不常见12pv4.水蒸气的定容过程实际设备中不常见12pv704.水蒸气的定容过程1TshspT212vpv4.水蒸气的定容过程1TshspT212vpv71第七章小结了解水蒸气的性质，了解两种气化方式的原理及差异。熟悉饱和压力、饱和温度、饱和蒸汽和饱和液体的概念。熟悉水蒸气的P-V图和T-S图及图上的一点、二线、三个区、五和态，掌握干度，气化潜热和湿蒸汽的概念。掌握水蒸气图表的用法。（三表一图）*两独立参数确定状态。再查出其余参数，能用饱和水和饱和蒸汽表计算湿蒸汽的参数。*水蒸气的定压过程要掌握作业p1387—2第七章小结72第七章水蒸气刚刚脱离液态或距液态较近的气体物质，因其分子间作用力大不能看作理想气体。如工程中常用的水蒸气、氨气、氟里昂等。水蒸气是热能工程中使用最早、应用广泛的一种工质。它具有良好的热力性质，并且廉价、易得、无污染。本章主要介绍水蒸气的形成过程、状态参数的确定、水蒸气图表结构和应用及相关计算。第七章水蒸气刚刚脱离液态或距液态较73

基本知识点

水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的确定、水蒸气图表的结构和应用、水蒸气在热力过程中功量和热量的计算。

本章重点：

工业上水蒸气的定压生成过程，学会使用水蒸气热力学性质的图表，并能熟练的运用于各种热力过程的计算。

基本知识点

水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的74一般水蒸气是实际气体!水蒸气在空气中含量极小，可当作理想气体一般情况下，为实际气体，使用图表18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质直到内燃机发明，才有燃气工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质优点:便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好一般水蒸气是实际气体!水蒸气在空气中含量极小，可当作理想气体757-1纯物质的相变与相图物质有三种聚集状态：固态、液态、气态水的三态：冰、水、蒸汽自然界中大多数纯物质都以三种聚集态存在：固相、液相、气相，如CO2、H2O等。物质的存在状态与它存在的环境有关，如水低温时呈固态，高温时呈气态。现以水为例分析纯物质的三态变化。7-1纯物质的相变与相图物质有三种聚集状态：固态、76三相之间的变化：升华 （卫生球） 溶解汽化

固态

液态

气态凝固 液化凝化（霜）7-1纯物质的相变与相图物质有三种聚集状态：固态、液态、气态水的三态：冰、水、蒸汽三相之间的变化：7-1纯物质的相变与相图物质有三种77

在一定压力下，对固态冰不断加热，冰将经历三个过程变为过热水蒸气。融解过程：冰融化为水，冰全部融化之前为冰水两相，保持融点温度不变。融点：在一定压力下，固体开始融解时的温度。汽化过程：水汽化为蒸气，水全部汽化之前为水气两相，保持沸点温度不变。沸点：在一定压力下，液体开始汽化时的温度。过热过程:水全部变为气后再继续加热，蒸气变为过热蒸气，温度将升高，高于沸点温度。 上述相变过程表示在P—t图上，称为相图。P125图7-1所示

78ab段冰的定压加热b为融点be段水的定压加热e为沸点el段气的定压加热当压力变化时，b,e点位置相应变化。将不同压力下的融点及沸点连接起来，就得到融解线AB和汽化线AC。融解线AB显示融点与压力的关系，它划分了固态与液态的区域。汽化线AC显示了沸点与压力的关系，划分了气态与液态的区域。升华线AD表示升华温度与压力的关系划分了固态与液态的区域。这三线称为相平衡曲线aab段冰的定压加热b为融点融解线AB显示融点与79ab段冰的定压加热b为融点be段水的定压加热e为沸点el段气的定压加热当压力变化时，b,e点位置相应变化。将不同压力下的融点及沸点连接起来，就得到融解线AB和汽化线AC。AC线上方端点C是临界点.如t>tc,则无论压力多大都不能使它变为液体。当压力降低时，AB与AC两线逐渐接近，并交于A点。A点是固、液、汽三态共存的状态，称为三相点。若在低于三相点的压力之下对冰定压加热（m点），当t到一定的值td，冰将从固相直接变为气相．将不同压力下时对应的升华温度点d相连就得到升华曲线AD。aab段冰的定压加热b为融点AC线上方端点C是临界80纯物质（水）的p-T相图pT液相气相固相三相点TP临界点c流体升华线溶解线汽化线水的临界点状态：三相线与临界点气液两相共存的pmax,Tmaxc临界点三相点（固、气、液）一个物质有唯一的三相点，如水的：P—Ｔ图中AB、AC、AD三线将图分成三个单相区，线上两相，A点三相。纯物质（水）的p-T相图pT液相气相固相三相点TP临界点c81纯物质的p-T相图（注意溶解线）ppTT液液气气固固水的p-T相图

凝固时体积膨胀的物质的p-t图

一般物质的p-T相图凝固时体积缩小的物质的p-t图

三相点三相点临界点临界点流体流体升华线升华线溶解线溶解线汽化线汽化线纯物质的p-T相图（注意溶解线）ppTT液液气气固固水的p82思考题没有。t>tc=374.16℃有１.有没有500ºC的水？２.有没有-3℃的蒸汽？思考题没有。t>tc=374.16℃有１.83汽化与饱和沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化(只有在沸点时,气体和液体均处在饱和状态下）因为分子自由热运动，液体表面总有一些较大动能的分子克服表面张力，脱离液面到自由空间去，所以任何温度下汽化均可发生。蒸发速度与温度、表面积、液面风速有关。在蒸发过程中，液面上方的蒸气分子总有可能碰撞液面而返回液体，所以凝结过程也同样进行。只是一般的蒸发都是在自由空间中进行的，液表有大量其它气体，蒸气的分子密度小，分压力低，其凝结速度小于蒸发速度，总的效果是呈蒸发的过程。

1.汽化:由液态变成气态的物理过程(不涉及化学变化)蒸发：汽液表面上的汽化(任何温度)汽化汽化与饱和沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化(只有在沸点时,84若蒸发在封闭的容器中进行，随着蒸发的进行，液面上方的蒸气分子越来越多，其碰撞液面的机率也越来越多，使凝结速度加快。当蒸发速度等于凝结速度时，汽、液两相达到动平衡，这时空间内蒸气分子浓度不再改变，这种两相平衡状态叫饱和状态。这时相应的有饱和蒸气、饱和液体、饱和温度ts、饱和压力Ps。饱和蒸气+饱和水=湿蒸气；不含饱和水的饱和蒸气叫干饱和蒸气。Ts与Ps有一一对应的关系：ts=f(Ps)若Ps变化时，平衡将被打破，然后经一热力过程达到新的平衡若蒸发在封闭的容器中进行，随着蒸发的进行，液85饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和温度Ts饱和压力ps一一对应Tspsps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高压锅ps=1.6barTs=113.32℃饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和温度Ts饱和压力ps一一对86若在一定压力下，对液体加热，当T达到该P对应的饱和温度ts时，液体内部产生大量气泡（开锅），这些气泡不断产生，扩大，上升到液面破裂，随之大量蒸气进入液面上方的空间，这就是沸腾，它是液体内部发生的急剧汽化过程。

相应压力所对应的饱和温度，就是沸点。不同的压力将有不同的沸点，ts和Ps一一对应。（高压锅的好处）。

若在一定压力下，对液体加热，当T达到该P对应的饱和温度87沸腾现象不仅可用加热方法实现，用减压的方法也可以。若将高温水减压，使其压力降低到对应热水温度的饱和压力以下时也会达到沸腾状态。（90℃水内地不沸腾，高原上就是沸腾的）水和水蒸气的性质课件887-2.水蒸气的定压发生过程一.水蒸气的定压发生过程.(p127图＼板书）1.水的定压预热阶段.

(t0→ts水由不饱和水→饱和水)2.饱和水定压汽化阶段.(ts、PS均不变.）饱和水→（饱和水+饱和水蒸气）湿饱和蒸汽→干饱和蒸汽干度：把1Kg湿蒸汽中所含蒸汽的质量称为湿蒸汽的干度,用x表示

汽化阶段,容器内的温度ts恒定.吸收的热量用于由水变为汽所需要的能量和对外做膨胀功.定P下将1Kg饱和液体转变成同温度的干饱和蒸汽所需要的热量叫汽化潜热.用r表示.单位KJ/Kg

7-2.水蒸气的定压发生过程一.水蒸气的定压发生过程.(89对干度x的说明：定义干饱和蒸汽饱和水x=0

饱和水x=1

干饱和蒸汽0≤x≤1在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义3.干饱和蒸汽定压过热阶段.干饱和蒸汽→过热汽t>ts过热度

ᇫt=t-ts对干度x的说明：定义干饱和蒸汽饱和水x=0饱和水90水和水蒸气的性质课件91水蒸气的定压发生过程小结t<tst=tst=tst=tst>tsv<v’v=v’v=v’’v’<v<v’’v>v’’未饱和水饱和水饱和湿蒸汽饱和干蒸汽过热蒸汽h<h’h=h’h=h’’h’<h<h’’h>h’’s<s’s=s’s=s’’s’<s<s’’s>s’’1水预热2汽化3过热’饱和’’干饱和S：饱和V未饱和水蒸气的定压发生过程小结t<tst=tst=ts92水蒸气定压发生过程说明(1)(2)(3)理想气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加汽化潜热(4)未饱和水过冷度过冷水过热蒸汽过热度水蒸气定压发生过程说明(1)(2)(3)理想气体汽化时，93s二、水蒸气的p-v图，T-s图ｐ127一点，二线，三区，五态s二、水蒸气的p-v图，T-s图ｐ127一点，二线，三区94p-v图上的水蒸气定压加热过程因为全过程压力一定,所以在P-V图上是一直线a1→b1处于未饱和水状态,水预热过程.b1→d1湿饱和汽状态是饱和水汽化过程.d1→e1过热汽状态.a1b1c1d1各点的状态分别是未饱和水,饱和水,湿饱和汽,干饱和汽,过热汽

(5种）p-v图上的水蒸气定压加热过程因为全过程压力一定,所以在P-95s在T-S图中，1及３阶段a１→b1,d1→e1都是吸热dT>0dS>0.图形为右上凹的对数曲线,而２阶段汽化过程b1→d1,Ts不变.是一水平线.在不同的压力下(t0不变)重复上述试验,可得到一系列的定P下水蒸汽的发生过程.

将各个过程的相应状态点连接起来,就得到两条重要的曲线:饱和液线AC(下界线)a1b1b2b3...(左为液相,未饱和液区,右为湿汽区)饱和汽线BC(上界线)d1d2d3…(右为过热蒸汽区,左为湿汽区)T-s图上的水蒸气定压加热过程s在T-S图中，1及３阶段a１→b1,d1→e1都是吸热96s

T-s图上的水蒸气定压加热过程随着压力的升高，上、下界线相交于C点.C点被称为临界点,对应的状态参数为临界参数(Pctcvc)不同物质的临界参数不同。当t>tc时,水不可能呈液态.这时不论压力多大,也不能使汽液化,只能通过降温的方法.(tc等温线右侧为汽区)sT-s图上的水蒸气定压加热过程随着压力97水蒸气的定压发生过程在P-VT-S图上所表示的特征,归纳为:一点:临界点二线:饱和液线AC(下界线)饱和蒸汽线BC(上界线)交于C点三区:未饱和液体区,湿饱和蒸汽区,过热蒸汽区五种状态:对水加热,水温升高(比容增加),至到P所对应的饱和温度ts.水开始沸腾.这时的水叫饱和水.水温低于饱和水温度的水称为未饱和水,也叫过冷水。未饱和水,饱和水,湿蒸汽状态,干蒸汽状态,过热蒸汽状态水蒸气的定压发生过程在P-VT-S图上所表示的特98对于湿饱和蒸汽.因为处于饱和状态,其P与T有一一对应关系,即P、T不是相互独立的状态参数.所以要确定湿蒸汽的状态,还要知道其中饱和蒸汽或饱和水的含量(与理想气体不同).湿蒸汽变为干蒸汽的过程中ts,Ps都不变,但是蒸汽水的质量都是变化的.要要确定湿蒸汽的状态还需一个参数：干度X把1KG湿蒸汽中所含蒸汽的质量称为湿蒸汽的干度,用x表示.P123X=M气/(M气+M水)1≥X≥0对于未饱和水M气=0x=0对于干蒸汽M水=0x=1对于湿饱和蒸汽.因为处于饱和状态,其P与T有一一对应关系,即99等压线上饱和态参数ptsv’(bar)v’’s’s’’kJ/(kg.K)0.0061120.010.00100022206.1750.09.15621.099.630.00104341.69461.30277.36085.0151.850.00109280.374811.86046.821550.0263.920.00128580.039412.92095.9712221.29374.150.003260.003264.4294.429(bar)(℃)bdbd等压线上饱和态参数ptsv’(bar)v’’s’s’’kJ/100一、水和水蒸气状态参数确定的原则1、未饱和水及过热蒸汽确定任意两个独立参数，如：p、T2、饱和水和干饱和蒸汽确定p或T3、湿饱和蒸汽除p或T外，还需其它参数x（与两相比例有关）§７-３水和水蒸气状态参数及其图p129一、水和水蒸气状态参数确定的原则1、未饱和水及过热蒸汽确定任1011.零点的规定但原则上不为0，对此时的水：

焓、内能、熵零点的规定（A点）国际上统一规定(1963)以纯水在三相点(纯水的冰、水和汽)平衡共存状态下的饱和水作为基准点，这时的饱和水的u和s都＝0（饱水—’饱气—’’）1.零点的规定但1022．T=0.01℃，压力为P的未饱和水（点a0）∵水的压缩性小，可以认为水的比容ν与压力P无关∴在t＝0.01℃时，不同P下水的比容可近似地认为相等νo＝0.001m3/kg∵t同ν同∴u也同u＝f(T,ν)｛uo＝uo’＝0s也可so＝so’＝0

当P不太时，h也可以认为相同ho＝uo

+Poνo≈0(ao点的s与A点的熵相同)T—S图上两点重合2．T=0.01℃，压力为P的未饱和水（点a0）1033．温度为Ts℃，压力为P的饱和水液体热ql：0.01℃的水在定压P下加热至Ts℃成为饱水所需热量.ql在T—S图上相当于预热段a0—a’下的面积3．温度为Ts℃，压力为P的饱和水104

qL＝h’－ho≈h’－0≈h’吸热＝焓增按水的平均比热CPm

＝4.1868kJ/(kg・k)qL＝h’＝CPm(ts－0.01)≈4.1868ts

当P与T较高时，CP变化较大，ho≠0不能用上式计算ql和s’

当

当TS273.16qL＝h’－ho≈h’－0≈h’当P与T较高105汽化潜热γ：定P下，将一定m的饱和全部变成饱气所需的热量。T—S图a’—a’’下面积各参数关系：γ＝Ts(s’’－s’)＝h’’－h’h’’＝h’+γ

u’’＝h’’－Pν’’

S’’＝S’+γ/Ts

4．饱和力为P的干饱和蒸汽压汽化潜热γ：h’’＝h’+γu’’＝h’’－Pν’106（当p不太大，x不太小时）5．压力为P的湿饱和蒸汽这时，P、Ts不是相互独立的参数，仅已知P、Ts还不能确定湿蒸汽的状态，须再有一个表示湿蒸汽成分的参数，才能使之确定，这个参数就是干度x。（当p不太大，x不太小时）5．压力为P的湿饱和蒸汽1076．压力为P的过热蒸汽过热热量：过程阶段加入的热量T－S图上a’’－a’下的面积要确定过热蒸汽的状态，还应知道其过热度t-ts或蒸汽的温度.6．压力为P的过热蒸汽108过热蒸汽的焓：其中是过热热量，t为过热蒸汽的温度，cpm为过热蒸汽由t到ts的平均比定压热容。过热蒸汽的热力学能：过热蒸汽的熵：过热蒸汽的焓：109

2.运用水蒸汽热力性质图、表确定状态参数由于水蒸气的状态较复杂，不便直接利用状态方程进行状态参数分析和计算，工程上主要依靠由热力性质公式制得水蒸汽图、表进行状态参数确定和过程分析计算。水蒸汽状态参数确定有两种方法：1）运用水蒸汽热力性质表a)饱和水和饱和蒸汽表p267b)未饱和水和过热蒸汽表p26９2）水蒸汽焓—熵图，（h—s图）p2872.运用水蒸汽热力性质图、表确定状态参数110二、水和水蒸气表

据状态特点，针对５种状态有两类水蒸气表两类2、未饱和水和过热蒸汽表1、饱和水和饱和蒸汽表1、按温度排列的饱和水与饱和水蒸气表附表12、按压力排列的饱和水与饱和水蒸气表附表23、按压力和温度排列的未饱和水与过热蒸汽表。附表3。三种：P267二、水和水蒸气表

据状态特点，针对５种状态有两类水蒸气表两类111饱和水和饱和水蒸气表１（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表２（按压力排列）饱和水和饱和水蒸气表１（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表２（112饱和参数未饱和水和过热蒸汽表３（注意下划线上未饱水下过热气）饱和参数未饱和水和过热蒸汽表３（注意下划线上未饱水下113据已知的T饱水、气可从附表1（p267）中查出相应的状态参数：PS、ν’、ν’’、h’’、h’、γ、S’、S’’据已知的饱水、饱水气T可从表2中查出相应的状态参数：tS、ν、h、γ、S据已知T、P从表－3中可查出相应的ν、h、S未饱水/过热气。湿区无表可查只能用关系式计算据已知的T饱水、气可从附表1（p267）中查出相应的状态参数114湿饱和蒸汽区状态参数的确定如果有1kg湿蒸气，干度为x,即有xkg饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度xh,v,s汽x与水(1-x)参数与分额的乘积之和湿饱和蒸汽区状态参数的确定如果有1kg湿蒸气115例题：若水的温度t＝120℃压力分别为0.1MPa、0.5MPa、1MPa时，试确定所对应的状态及其焓值☆解:表－3：P1＝0.1MPa时120＞tS1＝99.63℃h＝2716.8kJ/kg过热汽状态P2＝0.5MPa时120＜tS1＝151.85℃h＝503.9kJ/kg未饱和状态P3＝1MPa时120＜tS1＝179.88℃h＝504.3kJ/kg未饱和状态例题：若水的温度t＝120℃压力分别为0.1MPa、0.5116P133例7-1蒸汽的状态参数如下，试定其是什么样的蒸汽？(1)P＝0.8MPaν＝0.22m3/kg(2)P＝0.6MPat＝190℃(3)P＝1MPat＝179.88℃解：查表2(定P)1.P＝0.8MPa时，ν’’＝0.2403m3/kg＞ν没全变为气，是湿蒸汽状态2.P＝0.6MPa时相应的tS＝158.84℃t＞tS∴为过热蒸汽3.P＝1MPa时tS＝179.88℃t＝tS是饱和状态∵P、tS不相互独立，不能完全确立饱和状态∴不能确定是干饱和汽、湿饱和汽、还是饱和水水和水蒸气的性质课件117水和水蒸气的性质课件118三、水蒸气的焓--熵(h-s)图由于水蒸气表所给出的数据是不连续的，有时需用内插法求值，同时在分析过程中还可能发生跨越两相的变化过程，这样使用水蒸气表也有不便，不直观。为更方便计算常利用水蒸气表中所列数据制成状态参数坐标图。用起来就更加简便。根据水蒸气各参数间的关系及实验数据制成图线，称为水蒸气线图。水蒸气线图有很多种，这里介绍焓熵（h-s）图三、水蒸气的焓--熵(h-s)图119P132页是h－s图的结构示意图图上有上界线(饱和液体线x＝0)下界线(饱和蒸汽线x＝1)临界点C中有定h线、定s线、定P、定T、及定v线，在湿区还有干度线xP132页是h－s图的结构示意图120由于工程上所用蒸汽多为干度较大的湿蒸汽，饱和蒸汽或过热蒸汽。∴实用的h－s图在x＞0.6的右上部分。x较低的湿气和水(湿区和过热区)仍用查表的方法算。h－s图是据水蒸气表上的数据绘制的，它和其他状态参数坐标图一样，图上的一点表示一个确定的平衡态。从通过该点的各定值线，可查得相应的各状态参数值，就可以对该过程进行热工计算。由于工程上所用蒸汽多为干度较大的湿蒸汽，饱和蒸汽或过热蒸汽。121焓熵图hsCpx=1x=0pC1、零点：h=0，s=0；2、饱和汽线（上界线x=1）；饱和液线（下界线x=0）

C点为分界点，不在极值点上0焓熵图hsCpx=1x=0pC1、零点：h=0，s=0；122hsCpx=1x=0pC03、等压线群：p两相区

pT饱=Const斜直线

单相区sT向上翘的发散的形线两相区既定温又定压

T饱=ConsthsCpx=1x=0pC03、等压线群：p两相区pT饱=C123hsCx=1x=0pvTx气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体趋于水平两相区：T、p一一对应，T线即p线4、定温线ThsCx=1x=0pvTx气相区：离饱和态越远，越接近于理想124hsCx=