第八章实际气体与水蒸汽的性质

第八章水蒸汽的性质

中南大学航空航天学院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SteamVapor§

8.1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、蒸汽Puresubstance

Solid

Liquid

Gas

Ice

Water

Steam

水的热力学面两相区单相区气液固六个区：三个单相区、三个两相区液--气固--气固--液饱和线、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等温线是鞍点临界点纯物质的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

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℃

的蒸汽？5.一密闭容器内有水的汽液混合物，对其加热，是否一定能变成蒸汽？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§8.2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℃SaturationtemperatureSaturationpressure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§8.3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sp-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程一点，二线，三区，五态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不变对每个不变的T§8.4水和水蒸气状态参数及其图表状态公理：简单可压缩系统，两个独立变量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1875年，吉布斯提出了吉布斯相律吉布斯相律Gibbsphaserule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两相比例由干度x确定定义干饱和蒸汽饱和水对干度x的说明：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Quality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）饱和参数未饱和水和过热蒸汽表（节录）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：水的三相点查表举例（1）查表时先要确定在五态中的哪一态。例.1

已知：p=1MPa,试确定t=100℃,200℃

各处于哪个状态,各自h是多少？ts(p)=179.88℃t=100℃<

ts,未饱和水h=419.7kJ/kgt=200℃>

ts,过热蒸汽h=2827.5kJ/kg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焓熵图的画法(1)1、零点：h=0，s=0；2、饱和汽线（上界线）、饱和液线（下界线）3、等压线群：p两相区pT=Const斜直线单相区sT向上翘的发散的形线C点为分界点，不在极值点上焓熵图Enthalpy-entropydiagramhsCpx=1x=0pCMollierdiagram焓熵图的画法(2)气相区：离饱和态越远，越接近于