工程热力学(52学时)-第三章2-工程热力学课件

第三章（II）

水和水蒸气的性质Thepropertyofwaterandvapor能源与动力学院毛军逵第三章（II）

水和水蒸气的性质Theproperty基本要求掌握有关蒸气的各种术语及其意义。如：汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、饱和液体、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。了解蒸气定压发生过程及其在p-v图和T-s图上的一点、二线、三区和五态。了解水蒸气图表的结构，并掌握其应用。掌握水蒸气热力过程的热量及功量的计算。基本要求掌握有关蒸气的各种术语及其意义。如：汽化、凝结、饱和水和水蒸气是实际气体的代表水蒸气在空气中含量极小，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，传热性能好是其它实际气体的代表水和水蒸气是实际气体的代表水蒸气在空气中含量极小，当作理想气注意区分定义水蒸气蒸气蒸汽SteamVapor注意区分定义水蒸气蒸气蒸汽SteamVapor汽化方式：

蒸发：汽化过程在液体表面发生

沸腾：汽化过程在液体表面及内部同时发生汽化与凝结汽化

物质由液态转变为气态的过程基本概念BoilVaporization汽化方式：汽化与凝结基本概念BoilVaporization凝结物质由气态转变为液态的过程。

凝结的速度取决于空间蒸气的压力。汽化与凝结基本概念凝结汽化与凝结基本概念饱和状态液体分子脱离其表面的汽化速度气体分子回到液体中的凝结速度＝这时液体与蒸气处于动平衡状态，称为饱和状态饱和液体饱和蒸气Saturation饱和状态液体分子脱离其表面的汽化速度气体分子回到液体中的凝结饱和温度和饱和压力处于饱和状态的气、液温度相同，称为饱和温度ts，蒸气的压力称为饱和压力ps饱和蒸气压方程当达到汽化和凝结速度相等的饱和状态时，饱和温度和压力必存在单值性关系。ps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高压锅ps=1.6barTs=113.32℃饱和温度和饱和压力ps=1.01325barTs=100℃

几个名词

饱和液(saturatedliquid)—处于饱和状态的液体：t=ts

干饱和蒸气(dry-saturatedvapor;dryvapor)—处于饱和状态的蒸汽：t=ts

未饱和液(unsaturatedliquid)

—温度低于所处压力下饱和温度的液体：t<ts

过热蒸气(superheatedvapor)

—温度高于饱和温度的蒸汽：t>ts,t–ts=d称过

热度(degreeofsuperheat)。

湿饱和蒸汽(wet-saturatedvapor;wetvapor)

—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：

§3-8纯物质的热力学面及相图物质三种聚集状态：固态、液态、气态热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态的曲面水的三态：冰、水、蒸气Puresubstance

Solid

Liquid

Gas

Ice

Water

vapor

§3-8纯物质的热力学面及相图物质三种聚集状态：固态、水的热力学面两相区单相区气液固pvT六个区：三个单相区、三个两相区液--气固--气固--液pvT水的热力学面两相区单相区气液固pvT六个区：三个单相区、三个饱和线、三相线和临界点pv四个线：三个饱和线、一个三相线饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临界点一个点：临界点SaturationlineTripleline饱和线、三相线和临界点pv四个线：三个饱和线、一个三相线饱和纯物质的p-T相图ppTT液液气气固固水一般物质三相点三相点临界点临界点流体流体升华线升华线凝固线凝固线汽化线汽化线纯物质的p-T相图ppTT液液气气固固水一般物质三相点三相点临界点

Criticalpoint水的临界点状态饱和液线与饱和气线的交点气液两相共存的pmax,Tmax临界点临界点Criticalpoint水的临界点状态饱和液线

思考题没有。t>374.16℃有2.有没有500ºC的水？1.溜冰冰刀的工作原理？3.有没有-3℃

的蒸气？4.一密闭容器内有水的气液混合物，对其加热，是否一定能变成蒸气？思考题没有。t>374.16℃有2.有没有5纯物质的p-T相图pT液气固水三相点临界点流体纯物质的p-T相图pT液气固水三相点临界点流体§3-9水蒸气的定压发生过程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’’水预热汽化过热§3-9水蒸气的定压发生过程t<tst=tst=sp-v图，T-s图上的定压加热过程一点，二线，三区，五态sp-v图，T-s图上的定压加热过程一点，二线，三区，五态一点临界点Criticalpoint两线上界限线下界限线三区液汽液共存汽五态未饱和水饱和水湿蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽一点，二线，三区，五态一点两线上界限线三区液汽液共存汽五态未饱和水饱和水湿蒸汽干饱水蒸气定压发生过程说明(1)(2)(3)理想气体实际气体汽化时，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只有熵加热时永远增加水蒸气定压发生过程说明(1)(2)(3)理想气体实际气体等压线上饱和态参数ptsv’(m3/kg)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’(m3/kg)v’’s’s’’k定压加热线与饱和液线相近的说明当忽略液体cp变化，不同的p，液体近似不可压，v不变水的压缩性很小，压缩后升温极微。Inpressiblesubstance定压加热线与饱和液线相近的说明当忽略液体cp变化，不同的p，各种工质均具有类似水的性质如CO2各种工质均具有类似水的性质§3-10水和水蒸气状态参数及其图表未饱和水及过热蒸汽，一般已知p、T即可饱和水和干饱和蒸汽，只需确定p或T湿饱和蒸汽，p和T不独立，汽液两相s§3-10水和水蒸气状态参数及其图表未饱和水及过热蒸汽，一吉布斯相律Gibbsphaserule，1875无化学反应时，热力系独立参数数目为独立强度参数数组元数相数对于水单元系单相2个（p和T）两相1个（p或T）三相0个（p和T定值）四相不可能吉布斯相律Gibbsphaserule，1875无化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，其它参数与两相比例有关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两两相比例由干度x确定定义干饱和蒸气饱和水对干度x的说明：x=0饱和水x=1干饱和蒸气0

≤x

≤1在过冷水和过热蒸气区域，x无意义Quality两相比例由干度x确定定义干饱和蒸气饱和水对干度x的说明：x湿饱和蒸气区状态参数的确定

如果有1kg湿蒸气，干度为x,即有xkg饱和蒸气，(1-x)kg饱和水。已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度xh,v,s湿饱和蒸气区状态参数的确定如果有1kg湿蒸气饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压表的出处和零点的规定原则上可任取零点，国际上统一规定。但原则上不为0，对水：

表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编制，尽管IFC（国际公式化委员会）1967和1997年先后发表了分段拟合的水和水蒸气热力性质公式，但工程上还主要依靠图表。焓、内能、熵零点的规定：水的三相点表的出处和零点的规定原则上可任取零点，国际上统一规定。但查表举例查表时先要确定在五态中的哪一态。例.3－53－6p85查表举例查表时先要确定在五态中的哪一态。例.3－53－6查表举例

在一刚性容器内充满p=0.1MPa，t=20℃的水。由于太阳照射，使其温度升为40℃,求容器承受的压力。p=0.1MPat=20℃t=40℃等容过程储液罐很危险，不能装满。

查表举例在一刚性容器内充满p=0.1MPa，如何在图上表示功和热p-v图（示功图）：面积代表功能否用线段表示热和功?T-s图（示热图）：面积代表热如何在图上表示功和热p-v图（示功图）：面积代表功能否用线段蒸汽动力循环锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器定压过程等熵过程蒸汽动力循环锅汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器定压过程等熵过程焓熵图Enthalpy-entropydiagramhsCpx=1x=0pCMollierdiagram焓熵图Enthalpy-entropydiagramh焓熵图Enthalpy-entropydiagramhsCx=1x=0pvTx焓熵图Enthalpy-entropydiagramh斜率定压线定温线定容线定干度线焓熵图斜率定压线焓熵图1）定压线群湿蒸汽区，T=Ts，直线过热蒸汽区，斜率随T增大而增大01）定压线群湿蒸汽区，T=Ts，直线过热蒸汽区，斜率随T2）定温线群湿蒸汽区：直线，与等压线重合过热蒸汽区：等温线较等压线平坦，低压时趋于水平。体积膨胀系数2）定温线群湿蒸汽区：直线，与等压线重合过热蒸汽区：等温线较3）等容线群4）等干度线等容线比等压线陡等熵条件3）等容线群4）等干度线等容线比等压线陡等熵条件§3-11水蒸气的热力过程任务：确定初终态参数，计算过程中的功和热在p-v、T-s、h-s图上表示热力过程：

ps

T

v

§3-11水蒸气的热力过程任务：确定初终态参数，热力过注意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准静态可逆注意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水蒸气的定压(Isobaric)过程q=hwt=0342pv1例：锅炉中，水从30℃

，4MPa,定压加热到450

℃，需要多少热量？

q=h2-h1ts(4MPa)=250.33℃锅炉、换热器水蒸气的定压(Isobaric)过程q=h342pv1水蒸气的定压过程例：水从30℃

，4MPa,定压加热到450

℃

q=h2-h12Tshs2h1=129.3kJ/kgh2=3330.7kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kg水蒸气的定压过程例：水从30℃，4MPa,定压加热到454、注意与理想气体比较，哪些公式可用、哪些不能用第三章小结Summary1、熟悉理想气体、水蒸气（1点2线3区5态）性质2、熟悉理想气体的热力过程计算，以及如何在p-v、T-s图上表示热力过程、功、热量3、针对水蒸气，会查图表，将基本热力过程在p-v、T-s、h-s图上的表示，会计算q、Wt4、注意与理想气体比较，哪些公式可用、第三章小结S第三章（II）

水和水蒸气的性质Thepropertyofwaterandvapor能源与动力学院毛军逵第三章（II）

水和水蒸气的性质Theproperty基本要求掌握有关蒸气的各种术语及其意义。如：汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、饱和液体、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。了解蒸气定压发生过程及其在p-v图和T-s图上的一点、二线、三区和五态。了解水蒸气图表的结构，并掌握其应用。掌握水蒸气热力过程的热量及功量的计算。基本要求掌握有关蒸气的各种术语及其意义。如：汽化、凝结、饱和水和水蒸气是实际气体的代表水蒸气在空气中含量极小，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，传热性能好是其它实际气体的代表水和水蒸气是实际气体的代表水蒸气在空气中含量极小，当作理想气注意区分定义水蒸气蒸气蒸汽SteamVapor注意区分定义水蒸气蒸气蒸汽SteamVapor汽化方式：

蒸发：汽化过程在液体表面发生

沸腾：汽化过程在液体表面及内部同时发生汽化与凝结汽化

物质由液态转变为气态的过程基本概念BoilVaporization汽化方式：汽化与凝结基本概念BoilVaporization凝结物质由气态转变为液态的过程。

凝结的速度取决于空间蒸气的压力。汽化与凝结基本概念凝结汽化与凝结基本概念饱和状态液体分子脱离其表面的汽化速度气体分子回到液体中的凝结速度＝这时液体与蒸气处于动平衡状态，称为饱和状态饱和液体饱和蒸气Saturation饱和状态液体分子脱离其表面的汽化速度气体分子回到液体中的凝结饱和温度和饱和压力处于饱和状态的气、液温度相同，称为饱和温度ts，蒸气的压力称为饱和压力ps饱和蒸气压方程当达到汽化和凝结速度相等的饱和状态时，饱和温度和压力必存在单值性关系。ps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高压锅ps=1.6barTs=113.32℃饱和温度和饱和压力ps=1.01325barTs=100℃

几个名词

饱和液(saturatedliquid)—处于饱和状态的液体：t=ts

干饱和蒸气(dry-saturatedvapor;dryvapor)—处于饱和状态的蒸汽：t=ts

未饱和液(unsaturatedliquid)

—温度低于所处压力下饱和温度的液体：t<ts

过热蒸气(superheatedvapor)

—温度高于饱和温度的蒸汽：t>ts,t–ts=d称过

热度(degreeofsuperheat)。

湿饱和蒸汽(wet-saturatedvapor;wetvapor)

—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：

§3-8纯物质的热力学面及相图物质三种聚集状态：固态、液态、气态热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态的曲面水的三态：冰、水、蒸气Puresubstance

Solid

Liquid

Gas

Ice

Water

vapor

§3-8纯物质的热力学面及相图物质三种聚集状态：固态、水的热力学面两相区单相区气液固pvT六个区：三个单相区、三个两相区液--气固--气固--液pvT水的热力学面两相区单相区气液固pvT六个区：三个单相区、三个饱和线、三相线和临界点pv四个线：三个饱和线、一个三相线饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临界点一个点：临界点SaturationlineTripleline饱和线、三相线和临界点pv四个线：三个饱和线、一个三相线饱和纯物质的p-T相图ppTT液液气气固固水一般物质三相点三相点临界点临界点流体流体升华线升华线凝固线凝固线汽化线汽化线纯物质的p-T相图ppTT液液气气固固水一般物质三相点三相点临界点

Criticalpoint水的临界点状态饱和液线与饱和气线的交点气液两相共存的pmax,Tmax临界点临界点Criticalpoint水的临界点状态饱和液线

思考题没有。t>374.16℃有2.有没有500ºC的水？1.溜冰冰刀的工作原理？3.有没有-3℃

的蒸气？4.一密闭容器内有水的气液混合物，对其加热，是否一定能变成蒸气？思考题没有。t>374.16℃有2.有没有5纯物质的p-T相图pT液气固水三相点临界点流体纯物质的p-T相图pT液气固水三相点临界点流体§3-9水蒸气的定压发生过程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’’水预热汽化过热§3-9水蒸气的定压发生过程t<tst=tst=sp-v图，T-s图上的定压加热过程一点，二线，三区，五态sp-v图，T-s图上的定压加热过程一点，二线，三区，五态一点临界点Criticalpoint两线上界限线下界限线三区液汽液共存汽五态未饱和水饱和水湿蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽一点，二线，三区，五态一点两线上界限线三区液汽液共存汽五态未饱和水饱和水湿蒸汽干饱水蒸气定压发生过程说明(1)(2)(3)理想气体实际气体汽化时，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只有熵加热时永远增加水蒸气定压发生过程说明(1)(2)(3)理想气体实际气体等压线上饱和态参数ptsv’(m3/kg)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’(m3/kg)v’’s’s’’k定压加热线与饱和液线相近的说明当忽略液体cp变化，不同的p，液体近似不可压，v不变水的压缩性很小，压缩后升温极微。Inpressiblesubstance定压加热线与饱和液线相近的说明当忽略液体cp变化，不同的p，各种工质均具有类似水的性质如CO2各种工质均具有类似水的性质§3-10水和水蒸气状态参数及其图表未饱和水及过热蒸汽，一般已知p、T即可饱和水和干饱和蒸汽，只需确定p或T湿饱和蒸汽，p和T不独立，汽液两相s§3-10水和水蒸气状态参数及其图表未饱和水及过热蒸汽，一吉布斯相律Gibbsphaserule，1875无化学反应时，热力系独立参数数目为独立强度参数数组元数相数对于水单元系单相2个（p和T）两相1个（p或T）三相0个（p和T定值）四相不可能吉布斯相律Gibbsphaserule，1875无化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，其它参数与两相比例有关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两两相比例由干度x确定定义干饱和蒸气饱和水对干度x的说明：x=0饱和水x=1干饱和蒸气0

≤x

≤1在过冷水和过热蒸气区域，x无意义Quality两相比例由干度x确定定义干饱和蒸气饱和水对干度x的说明：x湿饱和蒸气区状态参数的确定

如果有1kg湿蒸气，干度为x,即有xkg饱和蒸气，(1-x)kg饱和水。已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度xh,v,s湿饱和蒸气区状态参数的确定如果有1kg湿蒸气饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压表的出处和零点的规定原则上可任取零点，国际上统一规定。但原则上不为0，对水：

表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编制，尽管IFC（国际公式化委员会）1967和1997年先后发表了分段拟合的水和水蒸气热力性质公式，但工程上还主要依靠图表。焓、内能、熵零点的规定：水的三相点表的出处和零点的规定原则上可任取零点，国际上统一规定。但查表举例查表时先要确定在五态中的哪一态。例.3－53－6p85查表举例查表时先要确定在五态中的哪一态。例.3－53－6查表举例

在一刚性容器内充满p=0.1MPa，t=20℃的水。由于太阳照射，使其温度升为40℃,求容器承受的压力。p=0.1MPat=20℃t=40℃等容过程储液罐很危险，不能装满。

查表举例在一刚性容器内充满p=0.1MPa，如何在图上表示功和热p-v图（示功图）：面积代表功能否用线段表示热和功?T-s图（示热图）：面积代表热如何在图上表示功和热p-v图（示功图）：面积代表功能否用线段蒸汽动力循环锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器定压过程等熵过程蒸汽动力循环锅汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器定压过程等熵过程焓熵图Enthalpy-entro