水与水蒸气的性质培训教程课件

第六章

水和水蒸气的性质第六章

水和水蒸气的性质1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，当作理想气本章主要内容1.实际工质的物性3.水蒸气图表的结构和应用4.水蒸气热力过程2.水蒸气的产生过程水蒸气蒸气蒸汽SteamVaporWaterVapor本章主要内容1.实际工质的物性3.水蒸气图表的结构和应用§6-1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、水蒸气§6-1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、一个三相线饱和临界点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p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乳光现象临界乳光现象思考题没有。t>374.16℃有3.有没有500ºC的水？1.溜冰冰刀2.北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相4.有没有-3℃的水蒸气？5.一密闭容器内有水的汽液混合物，对其加热，是否一定能变成水蒸气？思考题没有。t>374.16℃有3.有没有5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饱和线、三相线和临界点pv饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临界点饱和线、三相线和临界点pv饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临饱和线、三相线和临界点临界点饱和线、三相线和临界点临界点汽相和液相锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器因固相不流动，更关心汽液两相冰蓄冷汽相和液相锅汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器因固相不流动，更关§6-2汽化与饱和沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化(气体和液体均处在饱和状态下)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BoilVaporization§6-2汽化与饱和沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化(气体饱和状态Saturationstate饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和温度Ts饱和压力ps一一对应放掉一些水，Ts不变，ps？Tspsps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高压锅ps=1.6barTs=113.32℃饱和状态Saturationstate饱和状态：汽化与凝结纯物质的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§6-3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§6-3水蒸气的定压发生过程t<tst=tst=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)理想气体实际气体汽化潜热

汽化过程中1kg液态物质（饱和液）完全转变为汽态时所需的热量称为汽化潜热。

汽化潜热汽化过程中1kg液态物质（饱和液）完全转变为汽态未饱和液，过冷液饱和液饱和湿蒸气饱和蒸气过热蒸气汽化潜热压缩液未饱和液，过冷液饱和液饱和湿蒸气饱和蒸气过热蒸气汽化潜热压缩安德鲁试验对水在不同的压力下进行定压加热安德鲁试验对水在不同的压力下进行定压加热安德鲁试验结果一点两线三区五态一点物质的临界点两线饱和蒸汽状态连线（上界限线）饱和液体状态连线（下界限线）三区汽态区：上界限线与临界等温线上段右侧区域液态区：下界限线与临界等温线上段左侧区域湿蒸汽区：上、下界限线之间的锺罩形区域安德鲁试验结果一点两线三区五态一点物质的临界点两线饱和蒸汽状五态过热蒸汽：一定压力下，温度高于对应饱和温度的蒸汽。或者说：一定温度下，压力低于饱和蒸汽压的蒸汽。饱和蒸汽：一定压力下，温度等于对应饱和温度的蒸汽。或者说：一定温度下，压力等于饱和蒸汽压的蒸汽。湿蒸汽：饱和蒸汽与饱和液体的机械混合物。饱和液体：一定压力下，温度等于对应饱和温度的液体。或者说：一定温度下，压力等于饱和蒸汽压的液体。未饱和液体：一定压力下，温度低于对应饱和温度的液体。或者说：一定温度下，压力高于饱和蒸汽压的液体。五态过热蒸汽：一定压力下，温度高于对应饱和温度的蒸汽。或者说饱和线、三相线和临界点pv饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临界点一点两线三区五态饱和线、三相线和临界点pv饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临纯物质的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)(℃)等压线上饱和态参数ptsv’(m3/kg)v’’s’s’’k使未饱和液达到饱和状态的途径使未饱和液达到饱和状态的途径p-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程一点，二线，三区，五态p-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程一点，二线，三区，五6-4水和水蒸气的状态参数1.零点规定：三相点液态水热力学能及熵为零

6-4水和水蒸气的状态参数1.零点规定：三相点液态水热力学能2.温度为0.01℃、压力为P的过冷水：三相点液态水压缩得到热力学第一定律w≈01.忽略水的可压缩性；2.水的比体积不变；3.温度不变。u0=0q=0可逆过程s0=0压力不高时，h0≈02.温度为0.01℃、压力为P的过冷水：三相点液态水压缩得到3.温度为t、压力为P的饱和水：温度为0.01℃，压力为p的过冷水在定压下加热至t得到3.温度为t、压力为P的饱和水：温度为0.01℃，压力为p的4.压力为p的干饱和蒸汽：ph”3MPa临界点h”h’g汽化潜热：热力学能的增量膨胀功h”，h’，和g的变化趋势示于图中4.压力为p的干饱和蒸汽：ph”3MPa临h”h’g汽化潜5.压力为p的湿饱和蒸汽：因为是两相混合物，需用干度x确定其状态任一比参数y（如u、h、s、v等）可由下式计算：5.压力为p的湿饱和蒸汽：因为是两相混合物，需用干度x确定其6.压力为p的过热蒸汽：在饱和蒸汽的基础上继续加热，即得过热蒸汽。参数满足以下基本关系：过热度：过热热量：6.压力为p的过热蒸汽：在饱和蒸汽的基础上继续加热，即得过热§6-5水蒸气的表和图1.水蒸气表（饱和水和干饱和蒸汽表、未饱和水和过热蒸汽表）§6-5水蒸气的表和图1.水蒸气表（饱和水和干饱和蒸汽表水与水蒸气的性质培训教程2.T-S图优点：便于循环分析分为：湿区和过热区；定干度线、定压线等。缺点：热量和功以面积表示计算不便sTCx=0x=12.T-S图优点：便于循环分析分为：湿区和过热区；定干度线、3.水蒸气的h-s图湿蒸汽区：定压线＝定温线二区：过热蒸汽区湿蒸汽区三线：定压线定干度线定温线粗红线为界3.水蒸气的h-s图湿蒸汽区：定压线＝定温线二区：过热蒸汽区h-s图优点：用线段的长度表示热量和功；分为：过热蒸汽区和湿蒸汽区；定压线、定干度线、定温线。湿蒸汽区：定压线＝定温线定压过程热量=焓差；绝热过程技术功=焓差锅炉蒸气产生水蒸气在汽轮机中膨胀h-s图优点：用线段的长度表示热量和功；分为：过热蒸汽区和湿水与水蒸气的性质培训教程§6-6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

§6-6水蒸气的热力过程任务：确定初终态参数，热力过程水蒸气的基本过程分析步骤：①根据初态的两个参数{（p,t），（p,x）或（t,x）}从表或图中查得其它参数②根据过程特征和一个终态参数确定终态，再从表或图上查得其它参数③根据求得的初、终态参数计算q，w等水蒸气的基本过程分析步骤：①根据初态的两个参数{（p,t），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过程q=hwt=0342pv1例：锅炉中，水从30℃，4MPa,定压加热到450

℃

q=h2-h1ts(4MPa)=250.33℃锅炉、换热器水蒸气的定压过程q=h342pv1例：锅炉中，水从30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45水蒸气的绝热过程p12’pvp2不可逆过程：

汽轮机、水泵12可逆过程：

s12

12’q=0水蒸气的绝热过程p12’pvp2不可逆过程：汽轮机、水泵1水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=02’12Ts不可逆过程：

可逆过程：

sp1p2水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=02’12Ts不可逆过程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’透平内效率

水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=0hs不可逆过程可逆过水蒸气的定温过程pv实际设备中很少见TCTcT远离饱和线，接近于理想气体水蒸气的定温过程pv实际设备中很少见TCTcT远离饱和线，接水蒸气的定温过程12Tshs122’理想气体

测量干度原理

绝热节流可逆过程：12’水蒸气的定温过程12Tshs122’理想气体测量干度原理水蒸气的定容过程实际设备中不常见12pv水蒸气的定容过程实际设备中不常见12pv水蒸气的定容过程1TshspT212vpv水蒸气的定容过程1TshspT212vpv演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！第六章

水和水蒸气的性质第六章

水和水蒸气的性质55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，当作理想气本章主要内容1.实际工质的物性3.水蒸气图表的结构和应用4.水蒸气热力过程2.水蒸气的产生过程水蒸气蒸气蒸汽SteamVaporWaterVapor本章主要内容1.实际工质的物性3.水蒸气图表的结构和应用§6-1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、水蒸气§6-1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、一个三相线饱和临界点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p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乳光现象临界乳光现象思考题没有。t>374.16℃有3.有没有500ºC的水？1.溜冰冰刀2.北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相4.有没有-3℃的水蒸气？5.一密闭容器内有水的汽液混合物，对其加热，是否一定能变成水蒸气？思考题没有。t>374.16℃有3.有没有5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饱和线、三相线和临界点pv饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临界点饱和线、三相线和临界点pv饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临饱和线、三相线和临界点临界点饱和线、三相线和临界点临界点汽相和液相锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器因固相不流动，更关心汽液两相冰蓄冷汽相和液相锅汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器因固相不流动，更关§6-2汽化与饱和沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化(气体和液体均处在饱和状态下)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BoilVaporization§6-2汽化与饱和沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化(气体饱和状态Saturationstate饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和温度Ts饱和压力ps一一对应放掉一些水，Ts不变，ps？Tspsps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高压锅ps=1.6barTs=113.32℃饱和状态Saturationstate饱和状态：汽化与凝结纯物质的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§6-3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§6-3水蒸气的定压发生过程t<tst=tst=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)理想气体实际气体汽化潜热

汽化过程中1kg液态物质（饱和液）完全转变为汽态时所需的热量称为汽化潜热。

汽化潜热汽化过程中1kg液态物质（饱和液）完全转变为汽态未饱和液，过冷液饱和液饱和湿蒸气饱和蒸气过热蒸气汽化潜热压缩液未饱和液，过冷液饱和液饱和湿蒸气饱和蒸气过热蒸气汽化潜热压缩安德鲁试验对水在不同的压力下进行定压加热安德鲁试验对水在不同的压力下进行定压加热安德鲁试验结果一点两线三区五态一点物质的临界点两线饱和蒸汽状态连线（上界限线）饱和液体状态连线（下界限线）三区汽态区：上界限线与临界等温线上段右侧区域液态区：下界限线与临界等温线上段左侧区域湿蒸汽区：上、下界限线之间的锺罩形区域安德鲁试验结果一点两线三区五态一点物质的临界点两线饱和蒸汽状五态过热蒸汽：一定压力下，温度高于对应饱和温度的蒸汽。或者说：一定温度下，压力低于饱和蒸汽压的蒸汽。饱和蒸汽：一定压力下，温度等于对应饱和温度的蒸汽。或者说：一定温度下，压力等于饱和蒸汽压的蒸汽。湿蒸汽：饱和蒸汽与饱和液体的机械混合物。饱和液体：一定压力下，温度等于对应饱和温度的液体。或者说：一定温度下，压力等于饱和蒸汽压的液体。未饱和液体：一定压力下，温度低于对应饱和温度的液体。或者说：一定温度下，压力高于饱和蒸汽压的液体。五态过热蒸汽：一定压力下，温度高于对应饱和温度的蒸汽。或者说饱和线、三相线和临界点pv饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临界点一点两线三区五态饱和线、三相线和临界点pv饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临纯物质的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)(℃)等压线上饱和态参数ptsv’(m3/kg)v’’s’s’’k使未饱和液达到饱和状态的途径使未饱和液达到饱和状态的途径p-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程一点，二线，三区，五态p-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程一点，二线，三区，五6-4水和水蒸气的状态参数1.零点规定：三相点液态水热力学能及熵为零

6-4水和水蒸气的状态参数1.零点规定：三相点液态水热力学能2.温度为0.01℃、压力为P的过冷水：三相点液态水压缩得到热力学第一定律w≈01.忽略水的可压缩性；2.水的比体积不变；3.温度不变。u0=0q=0可逆过程s0=0压力不高时，h0≈02.温度为0.01℃、压力为P的过冷水：三相点液态水压缩得到3.温度为t、压力为P的饱和水：温度为0.01℃，压力为p的过冷水在定压下加热至t得到3.温度为t、压力为P的饱和水：温度为0.01℃，压力为p的4.压力为p的干饱和蒸汽：ph”3MPa临界点h”h’g汽化潜热：热力学能的增量膨胀功h”，h’，和g的变化趋势示于图中4.压力为p的干饱和蒸汽：ph”3MPa临h”h’g汽化潜5.压力为p的湿饱和蒸汽：因为是两相混合物，需用干度x确定其状态任一比参数y（如u、h、s、v等）可由下式计算：5.压力为p的湿饱和蒸汽：因为是两相混合物，需用干度x确定其6.压力为p的过热蒸汽：在饱和蒸汽的基础上继续加热，即得过热蒸汽。参数满足以下基本关系：过热度：过热热量：6.压力为p的过热蒸汽：在饱和蒸汽的基础上继续加热，即得过热§6-5水蒸气的表和图1.水蒸气表（饱和水和干饱和蒸汽表、未饱和水和过热蒸汽表）§6-5水蒸气的表和图1.水蒸气表（饱和水和干饱和蒸汽表水与水蒸气的性质培训教程2.T-S图优点：便于循环分析分为：湿区和过热区；定干度线、定压线等。缺点：热量和功以面积表示计算不便sTCx=0x=12.T-S图优点：便于循环分析分为：湿区和过热区；定干度线、3.水蒸气的h-s图湿蒸汽区：定压线＝定温线二区：过热蒸汽区湿蒸汽区三线：定压线定干度线定温线粗红线为界3.水蒸气的h-s图湿蒸汽区：定压线＝定温线二区：过热蒸汽区h-s图优点：用线段的长度表示热量和功；分为：过热蒸汽区和湿蒸汽区；定压线、定干度线、定温线。湿蒸汽区：定压线＝定温线定压过程热量=焓差；绝热过程技术功=焓差锅炉蒸气产生水蒸气在汽轮机中膨胀h-s图优点：用线段的长度表示热量和功；分为：过热蒸汽区和湿水与水蒸气的性质培训教程§6-6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

§6-6水蒸气的热力过程任务：确定初终态参数，热力过程水蒸气的基本过程分析步骤：①根据初态的两