工程热力学6Chapter6水蒸气(New)

Chapter6水蒸气概述（一）本章的目的熟悉水的性质；掌握典型的水蒸气图、表的应用（二）物质热力学性质的表示方法

1.方程；2.表格；3.图形(figure),(曲线curve)（三）纯物质热力学性质图、表的维数

Gibbs相律：

f=C－

+2，对纯物质：Cmin=1、fmax=2§6.1基本概念一、与相变有关的概念1.气化:物质由液态转变为气态的过程叫气化。

(1)蒸发:在液体表面进行的气化过程。(2)沸腾:从液体中形成气泡而出现的气化过程。1Chapter6水蒸气

§6.1基本概念一、与相变有关的概念

2.冷凝:自由空间中的蒸汽分子碰撞回到液面而凝成液体

3.相变潜热:1摩尔的液体在标准大气压力下蒸发变成饱和蒸汽所吸收的热称为该液体的摩尔相变热。

4.相平衡状态:当物质分子从液体中逃逸到气相中的速度与从气相中回到液相中的速度相等时的状态称为汽液平衡状态。注意:汽液平衡状态为动态平衡状态。

5.饱和蒸气压:处于汽液平衡状态时气相中物质所具有的压力称为此温度下的饱和蒸气压,简称蒸气压。2§6.1基本概念二、与状态有关的概念

1.未饱和水状态:液面上水的蒸气压小于其对应温度的饱和蒸气压的状态。或水温小于对应外压的饱和温度的状态。如:p0=101325Pa,对应的ts=100℃,当t＜100℃时,水为未饱和水。

2.饱和水状态:液面上水的蒸气压刚好等于其对应温度的饱和蒸气压,但此时仍为液态水的状态。

3.湿蒸汽状态:液面上水的蒸气压等于其对应温度的饱和蒸气压,但此时体系为饱和液态水与饱和蒸汽两相共存的状态。

4.饱和蒸汽状态:此时蒸汽的压力等于对应温度下的饱和蒸气压,且体系刚好处于全是饱和蒸汽的单相状态。5.过热蒸气状态:单相,蒸气压力小于对应温度的饱和蒸气压的状态。如:p=101325Pa的水蒸汽,当其温度t＞100℃时,则此蒸气为过热蒸气3§6.1基本概念三、干度（x）

1.干度的定义：单位质量湿蒸汽中所含饱和蒸汽的质量称为湿蒸汽的干度。

2.干度的计算当m=1kg时，x=mg对任一湿蒸汽的热力学容量性质(M=V,U,H,S,A,G)：M=M

(1－x)+M

x4§6.2水蒸气表及其应用

一、表的基准点

三相点的液态水:u0=0、s0=0,p=611.2Pa,v=0.0010002m3/kg。其焓值:h0=u0+p0v0=0+611.2

0.0010002

10

3=0.000611kJ/kg很显然,该值在工程计算中作为零处理时,计算精度已足够。

二、表的种类与组成

1.饱和水及饱和蒸汽表(表A——按温度排列、表B——按压力排列)

2.未饱和水(过冷水)与过热水蒸气表（P164~168）5§6.2水蒸气表及其应用三、水蒸气表的应用

(一)查数据

1.方法

（1）线性内插法；（2）Lagrange插值法;（3）差分与牛顿插值法；（4）差分与等距点插值法；（5）分段插值法；（6）三次样条插值法等。举例——线性内插法（计算软件演示）6§6.2水蒸气表及其应用三、水蒸气表的应用

(一)查数据2.举例——线性内插法（1）如查107.5℃时饱和水的蒸汽压ps=？

t1=100℃p1s=1.01325

105t=107.5℃ps=？t2=110℃p2s=1.4326

105=1.3278

105Pa

7§6.2水蒸气表及其应用三、水蒸气表的应用

(一)查数据举例——线性内插法（2）查1.2MPa、464℃时水蒸汽的焓值h=？kJ/kg

（MPa）t（℃）

p1=1.0p=1.2p2=2.0t1=400h11=3263

h12=3240t=464h1=?(3401.24)h=?(3398.18)h2=?(3385.92)t2=500h21=3479

h22=34688§6.2水蒸气表及其应用(二)进行热力计算如过程热效应的计算,已知初始状态(p1,t1),最终状态(p2,t2),由水蒸汽表可查得对应状态下的焓值h1、h2,则:Q

=m(h2－h1)举例,例6-1水在某状态变化过程中,开始时p1=12MPa,t1=40℃,过程变化结束时为水蒸气,p2=12MPa,t2=500℃。问:(1)过程开始和结束时水和蒸汽所处的状态;(2)在该过程中1kg水的焓变;(3)水在该过程中与外界交换的热量。解:(1)查附录“水和过饱和蒸汽表”得:

t1=40℃,p1=12MPa时,水为未饱和水,其焓值h1=178.2kJ/kg

t2=500℃,p2=12MPa时,蒸气为过热水蒸气,h2=3347kJ/kg (2)过程的焓变:

h=h2-h1=3347-178.2=3168.8kJ/kg (3)过程中与外界交换的热:qp=

h=3168.8kJ/kg。9§6.2水蒸气表及其应用(1)p

HＶ

，由

HＶ～p之间的关系

思考：作为加热用水蒸汽，宜用多大压力？宜用中、低压蒸汽！(2)饱和蒸汽hg与p之间的关系,先升后降;饱和水hl随p的升高而升高;sg随p升高下降;sl随p升高增大。(3)p较低时，只要T一定，hg变化不大；思考：说明此时水蒸汽的性质符合什么形为？符合理想气体的形为！(4)T一定，p

hg

，hl变化不大；思考：说明了什么？

(∂hg/∂p)T≠0或≺0,(∂hl/∂p)T≈0(5)H2O(l),T一定,p变化,Hl、Sl变化不大,故有时未饱和水可用饱和水性质替代。思考：说明了什么？(三)了解或熟悉水的性质

如可通过对水蒸汽表中水的物性数据的观察,了解H2O随T、p的变化规律。思考！？10§6.3水蒸气图及其应用

一、温—熵图(T-s图)（一）图的基准点、（二）图中点、线、面的含义

11§6.3水蒸气图及其应用

二、焓—熵图(h-s图)（一）图的基准点、（二）图中点、线、面的含义

12§6.3水蒸气图及其应用三、典型热力过程在T-s、h-s图上的表示(一)等压加热或冷却过程1.定压加热或冷却过程在T-s图上的表示2.定压加热或冷却过程在h-s图上的表示q=h2

h1

13§6.3水蒸气图及其应用三、典型热力过程在T-s、h-s图上的表示(二)可逆与不可逆绝热过程1.可逆绝热过程在T-s图上的表示2.可逆绝热过程在h-s图上的表示14§6.3水蒸气图及其应用三、典型热力过程在T-s、h-s图上的表示(三)可逆定温过程1.可逆定温过程在T-s图上的表示

2.可逆定温过程在h-s图上的表示

15§6.3水蒸气图及其应用三、典型热力过程在T-s、h-s图上的表示(四)节流膨胀过程

1.节流过程的特点——节流前后流体的焓值相等

2.各类节流过程在T-s图中的表示16§6.3水蒸气图及其应用三、典型热力过程在T-s、h-s图上的表示(五)简单蒸汽动力循环过程

17§6.3水蒸气图及其应用三、典型热力过程在T-s、h-s图上的表示(六)简单蒸气压缩制冷循环过程

18水蒸气的应用课堂练习利用水蒸汽表计算1kg水从95℃,0.1MPa变化到535℃,10.8MPa时

h之值。

解:查水蒸汽表得:

p1=10MPap1=10.8p2=12MPat1=500℃h11=3372kJ/kg

h12=3347kJ/kgt=535℃h1=3459.15kJ/kghg=3450.13h2=3436.6kJ/kgt2=600℃h12=3621kJ/kg

h22=3603kJ/kg经三次线性内插得：535℃、10.8MPa时h2=3450.13kJ/kg水95℃、0.1MPa时为未饱和水,因附录缺乏未饱和水数据,故用95℃饱和水的焓替代，查得:hl