水蒸气的热力性质和过程

水蒸气的热力性质和热力过程

水蒸气的热力性质和热力过程水蒸气是水在升温和转化成气态时所形成的物质。

它具有一系列的热力性质和热力过程，对于理解水蒸气的特性和应用都非常重要。

首先，水蒸气的热力性质可以通过热容、比热容、蒸发潜热和饱和水蒸气压等参数来描述。

热容是指物质在吸收或释放热量时，温度的变化程度。

对于水蒸气来说，它的热容随着温度的升高而增加，这是因为水蒸气的分子间作用力较小，因此吸收热量后分子运动更活跃，温度升高的速率更快。

比热容是指单位质量物质温度升高一个单位时所吸收的热量，对于水蒸气来说，其比热容比水要小。

其次，水蒸气的热力过程包括等容过程、等压过程、准静态过程等。

等容过程是指在恒容条件下，水蒸气吸收或释放热量，而温度发生变化。

等压过程是指在恒压条件下，水蒸气吸收或释放热量，而温度发生变化。

准静态过程是指在过程中系统处于平衡状态，及时微小的温度波动也会使系统不再处于平衡状态。

水蒸气还具有一个重要的性质就是饱和水蒸气压。

饱和水蒸气压是指在一定温度下，液态水和水蒸气达到动态平衡时，水蒸气对应的压力。

饱和水蒸气压与温度之间存在着密切的关系，在一定温度范围内，饱和水蒸气压随着温度的升高而增加。

这个关系可以通过饱和水蒸气压与温度的对数关系来描述，即饱和水蒸气压-温度曲线。

这个曲线在一定条件下是稳定的，不会出现温度降低而饱和水蒸气压增加的情况。

水蒸气的热力过程在许多工业和自然现象中都有重要的应用。

例如，在汽轮机中，水的热力能被转化为机械能；在冷凝器中，水蒸气被冷却并变成液态水，释放出大量的热量，用于加热其他物质；在天气系统中，水的蒸发和凝结过程是形成云、降雨、雪等气象现象的基础。

综上所述，水蒸气具有一系列的热力性质和热力过程，对于理解其特性和应用具有重要意义。

我们可以通过热容、比热容、蒸发潜热和饱和水蒸气压等参数来描述水蒸气的热力性质。

水蒸气的热力过程包括等容过程、等压过程和准静态过程等。

这些性质和过程对于水蒸气在工业、自然现象中的应用都有重要的意义。

热工基础——水蒸气的热力性质和过程

2
pdv
1
pv2 v1
3、饱和水的比体积随压力的升高略有增加，而饱和蒸汽的比体积则随压力的升高明显的减小。
4、临界点上的比汽化潜热为零，即汽化在一瞬间完成。
第三节水蒸气表
饱和水与饱和水蒸气表、未饱和水与过热蒸汽表
一、饱和水与饱和水蒸气表
1. 按温度排列，附表2
tp, v’，h’，s’， v”，h”，s” 2. 按压力排列，附表3
cp cv R
水蒸汽的热力学能、焓和熵通过查图和表求得。
第二节水的定压汽化过程和
水蒸气的p-v图及T-s图
汽化和液化
蒸发汽化
沸腾
一、饱和温度和饱和压力
饱和状态相应的温度和压力称为饱和温度（ts）和饱和压力，两者一一对应。 ts =f(P)
饱和蒸汽饱和水
二、水的定压汽化过程
容器中装有1kg水， p 0.1MPa ta 0C va 0.001 m3 kg
v’,v”
v >v” 过热蒸汽
Sx，hx
2、根据状态查相应的图或表，湿蒸汽查饱和水与饱和蒸汽表，再利用干度公式求出。
3、热力学能利用公式u=h-pv求得。
例 P=0.5Mpa，v=0.36m3/kg，确定状态，并求出温度、比焓、比热力学能和比熵。
解查：饱和水与饱和蒸汽表 ts=151.85C，v’=0.0010928m3/kg， v”湿=0蒸.3汽7481xm 3v/kvg' 0.96
处于平衡态单相均匀系= f ( p或 T )。v’，u’，h’，s’ （3）d：干饱和蒸汽，t = ts ， p、T 不再是独立的状态参数
处于平衡态单相均匀系= f ( p或T )。v”，u”，h”，s”

工程热力学水蒸汽的热力性质

一点(临界点) 二线(饱和水线、干饱和蒸汽线) 三区(未饱和水区、湿蒸汽区、过热蒸汽区) 五态(未饱和水状态、饱和水状态、湿蒸汽状态、干饱和
蒸汽状态、过热蒸汽状态) 水蒸气热力性质图结构特征口诀
“ 一点连双线，三区五态含 ”
28
5-3 水蒸气的热力性质图表
一、水和水蒸气的热力性质表包括两种表：
17
二、水蒸气的p-v图和T-s图
将各种压力下水蒸气的定压产生过程线集中表示在 p-v图和T-s图上而得到。
压力升高对汽化过程的影响 p升高（ts升高）：v0基本不变（水的可压缩性极小）； v′增大（因水的膨胀性大于压缩性）； v″减小（因汽的压缩性大于膨胀性）；
18
5-2 水蒸气的定压产生过程
24
5-2 水蒸气的定压产生过程
三、高参数水蒸气对锅炉设备的影响
温度提高的影响
——过热器的受热面积增大，对材料耐热性能要求高。
压力提高的影响
——液体热和过热热的比例增大，汽化热的比例缩小，所以要求：省煤器和过热器受热面增大，而水冷壁受热面减小。
25
课堂问答
1、为什么现代高参数锅炉广泛设置顶棚过热器和屏式过热器？
ps上升， ts上升
ts上升， ps上升
一一对应
饱和温度 32.88 ℃ 100 ℃ 179.88 ℃ 365.71 ℃
水
如青藏高原：ps=0.06MPa
ts=85.95 ℃
使水汽化的方法： 1）加热升温；2）降压扩容。
9
5-2 水蒸气的定压产生过程
5-2 水蒸气的定压产生过程
一、水蒸气的定压产生过程
饱和水与干饱和蒸汽的热力性质表；
未饱和水与过热蒸汽的热力性质表.

热工基础-3-(2)-第三章水蒸气

此阶段所需的热量称为汽化潜热此阶段所需的热量称为汽化潜热 r ：r = h'' − h'
过热阶段: 过热阶段: 对饱和蒸气继续加热，水蒸气进入过热状态，温度、对饱和蒸气继续加热，水蒸气进入过热状态，温度、焓和熵增加增加。焓和熵增加。温度超过同压力下饱和蒸气温度的数值称过热度过热度：值称过热度： D = t − ts 干饱和蒸汽
20
Ⅰ
Tc
2'
T
2x
2"
Ⅲ
Ⅰ
1'
Ⅲ
2' 2x
1x
2"
Ⅱ
Ⅱ 10
1'
1"
1x
1"
20 10
x
x
v
s
水蒸汽的p 图和T 水蒸汽的p-v图和T-s图
如果用前面提到的功量、的计算，如果用前面提到的p-v、T-s图进行功量、热量的计算，用前面提到的、图进行功量热量的计算则很不方便。则很不方便。工程上常用的是：图其也有：工程上常用的是：h-s图。其也有：上、下界线和临线簇、界点，定干度线簇定温线簇、定压、定容线簇界点，定干度线簇、定温线簇、定压、定容线簇
饱和水
p = const. t = ts
p = const. t = ts v′ < v < v′′ s′ < s < s′′ h′ < h < h′′
p = const. t = ts v = v′′ s = s′′ h = h′′
= T (s − s ) s
'' '
v = v′ s = s′ h = h′

工程热力学-06 水蒸气的热力性质

• 湿度 y = mw mv + mw
h ,v ,s
• 湿蒸汽的比状态参数计算
vx = (1− x)v'+ xv"= v'+ x(v"−v')
⎫
hx ux
= =
(1− x)h'+ hx − psvx
xh"
=
h'+
x(h"−
h')
=
h'+
xr
⎪ ⎪⎪⎬（6
−
12）
sx
=
(1−
x)s'+
xs" =
s'+
5
191.80 1149.2
10
1397. 1
20 1807.1
22.064 =pc
2063.8
6-2 水蒸气的产生过程
2、饱和水变为饱和水蒸汽的定压汽化过程
• 使1kg饱和水在一定压力下完全变为相同温度的饱和水蒸气所需加入的热量称为
水的汽化潜热，用符号r表示。在温熵图上
汽
化潜r热=则T相s应(于s "水−平线s '段)下的矩形面积：
蒸发：汽液表面上的汽化沸腾：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) 饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
蒸发：任何温度沸腾：沸点凝结：物质由蒸汽变为液体的过程
1、蒸发与凝结
蒸发：逸出的分子数 > 被液面俘获的分子数凝结：逸出的分子数< 被液面俘获的分子数
蒸发
力平衡热平衡
化学不平衡
3、湿饱和蒸汽除p或T外，其它参数与两相比例有关

第三章-3-水蒸气

t/ C
o
3 v' , m /kg v" , m /kg h' , kJ/kg h" , kJ/kg
3
s' , s" , kJ/(kg K) kJ/(kg K)
0.001 0.1 1.0 10
2484.5 6.982 0.0010001 129.208 29.33 2258.2 99.63 0.0010434 1.6946 417.51 2014.4 179.88 0.0011274 0.19430 762.6 1315.8 310.96 0.0014526 0.01800 1408.6
二者同时进行。
2、饱和状态
——液体和蒸气处于动态平衡的状态。
汽化速度=液化速度时，汽化和凝结仍在不断进行，但总效果使状态不再变化。
干饱和蒸气（饱和蒸气）
（1）饱和温度ts和饱和压力ps
在饱和状态下，气液温度相同，称为饱和温度；此时蒸气的压力也确定不变，称为饱和压力。
ps
汽化液化
饱和温度ts 饱和压力ps
• 这个温度tC称为临界温度。 • 与临界温度相对应的饱和压力pC称为临界压力。
• (tC ，pC)是液相和气相能够平衡共存时的最高值。 • 永久气体——温度t > tC的气体。
• 临界参数是物质的固有参数，不同物质其值不同。
H 2O的临界参数 tC 374.15 C pC 22.120MPa
2．若已知p（或t）和某一个参数y
查饱和蒸气表得y、y，比较y的大小，则 y< y 处于未饱和水状态；
y<y< y 处于湿饱和蒸气状态； y> y 处于过热蒸气状态。
3．若已知p（或t）及干度x，湿饱和蒸气状态。

(6)第五章水蒸汽热力性质_热工基础 [兼容模式].

饱和湿空气：湿空气中的水蒸气已饱和, 不能再吸收水份。
pv = ps (T )
49
工程热力学露点
露点：湿空气中的水蒸气分压力pv对应的饱和温度Td 称为露点温度, 简称露点。
pv < ps (T )
结露：定压降温到露点, 湿空气中的水蒸气饱和, 凝结成水(过程1－2)。结霜：Td < 0 DC
Ts=85.95 ℃ Ts=113.32 ℃
纯物质的p-T相图
p
液固
p 流体
临界点
气三相点
流体
固
液
临气界点三相点
水
T
一般物质 T
工程热力学水蒸气的定压发生过程
t < ts 未饱和水
v < v'
t = ts
t = ts
t = ts
t > ts
饱和水饱和湿蒸汽饱和干蒸汽过热蒸汽
v = v' v'< v <v'' v = v'' v > v''
h, v, s
工程热力学
水和水蒸气表
两类
1、饱和水和干饱和蒸汽表 2、未饱和水和过热蒸汽表
工程热力学
34
工程热力学
35
工程热力学
表的出处和零点的规定
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, IFC(国际公式化委员会)1967、1997和2005年先后发表分段拟合的水和水蒸气热力性质公式, 但工程上仍会用到图表。焓、内能、熵零点的规定：原则上可任取零点, 国际上统一规定。
Thermal Process of Steam

7.第七章水蒸气解析

第七章蒸气的热力性质与热力过程
工程热力学的两大类工质
1、理想气体（ ideal gas）
可用简单的式子描述如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气、空调中的湿空气等
2、实际气体（ real gas）
不能用简单的式子描述，真实工质火力发电的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质等
水蒸气是实际气体的代表
未饱和水和过热蒸汽表（节录）
饱和参数
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)=179.916℃
t=100℃ < ts, 未饱和水 t=200℃ > ts, 过热蒸汽
h=419.74kJ/kg h=2827.3kJ/kg
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
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。
饱和干蒸汽：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。
饱和湿蒸汽：饱和蒸汽与饱和液体的机械混合物。
湿蒸汽状态
t=250℃ ,
二、T-S图三、H-S图
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
q Tds dh vdp
h

s
pC
TC

0
h s p
T
0
两相区单相区
p
T=Const 斜直线 T
湿饱和蒸汽区状态参数的确定