第六章 水和水蒸气的性质.
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”
水,蒸汽,空气性能参数讲解
水,蒸汽,空气基本性质水性质性能参数水的基本物理化学性质1、水的形态、冰点、沸点：纯净的水是无色、无味、无臭的透明液体。
水在1个大气压时（105Pa），温度在0℃以下为固体，0℃为水的冰点。
从0℃-100℃之间为液体（通常情况下水呈液态），100℃以上为气体（气态水），100℃为水的沸点。
2、水的比热：把单位质量的水升高1℃所吸收的热量，叫做水的比热容，简称比热，水的比热为4.2x103[kj/kg.℃)]。
3、水的汽化热：在一定温度下单位质量的水完全变成同温度的气态水（水蒸气）所需的热量，叫做水的汽化热。
（水从液态转变为气态的过程叫做汽化，水表面的汽化现象叫做蒸发，蒸发在任何温度下都能进行）4、冰（固态水）的溶解热：单位质量的冰在熔点时（0℃）完全溶解为同温度的水所需的热量，叫做冰的溶解热。
5、水的密度：在一个大气压下（105Pa），温度为4℃时，水的密度为最大（1g/cm3），当温度低于或高于4℃时，其密度均小于1g/cm3。
6、水的压强：水对容器底部和侧壁都有压强（单位面积上受的压力叫做压强）。
水内部向各个方向都有压强；在同一深度，水向各个方向的压强相等；深度增加，水压强增大；水的密度增大，水压强也增大。
7、水的浮力：水对物体向上和向下的压力差就是水对物体的浮力。
浮力总是竖直向上的。
8、水的硬度：水的硬度是指水中含有的钙、镁、锰离子的数量（一般以碳酸钙来计算）。
硬度单位：mg/L（毫克/升），mmol/L(毫克当量/升)，PPM（个/百万），GPG（格令/加仑）9、pH值：pH值是指水的酸碱度，表示水中H+和OH-的含量比例（范围为0-14）。
人体对pH值的反应非常敏感，身体内大部分物质的pH值为6.8，血液和细胞水的pH值为7.2-7.3。
10、固体溶解物含量（TDS）：TDS是指水中溶解的所有固体物的含量，单位为mg/L或PPM。
TDS越低，表示水越纯净。
11、电导率（CND）：水的电导率（CND）是指通过水的电流除以水两边的电压差，表示水溶液传导电流的能力，其大小间接反应了水中溶解性盐类的总量，也反映了水中矿物质的总量。
水蒸汽与水蒸气哪个对
水蒸汽与水蒸气哪个对
水蒸气和水蒸汽都是可以的。
水蒸气，是水（H2O）的气体形式。
当水达到沸点时，水就变成水蒸气。
在海平面一标准大气压下，水的沸点为99.974°C或212°F或373.15°K。
当水在沸点以下时，水也可以缓慢地蒸发成水蒸气。
而在极低压环境下（小于0.006大气压），冰会直接升华变水蒸气。
水蒸气可能会造成温室效应，是一种温室气体。
水蒸汽：指特定空间的水存在形态是气-液二相，其中液相可以是“雾”状分散形式存在（水蒸气是水的气态形式），也可以是大量液滴聚集形式存在，当然这也必须满足一定的物理条件和其他的一些环境条件。
在实际应用中，接触到的大多数指的是“水蒸汽”。
蒸馏原理
如果两种液体物质彼此互相溶解的程度很小以至可以忽略不计，就可以视为是不互溶混合物。
在含有几种不互溶的挥发性物质混合物中，每一组分i在一定温度下的分压pi等于在同一温度下的该化合物单独存在时的蒸气压pi0：pi = pi0。
而不是取决于混合物中各化合物的摩尔分数。
这就是说该混合物的每一组分是独立地蒸发的。
这一性质与互溶液体的混合物（即溶液）完全不同，互溶液体中每一组分的分压等于该化合物单独存在时的蒸气压与它在溶液中的摩尔分数的乘积“Raoult定律”。
第六章相平衡
设以A,B分别代表甲苯、苯。
* pA 54.22 kPa, (1)
* p总 p A pB p * ( pB p * ) xB A A
* pB 136.12 kPa, p 101.325 kPa
第六章 相平衡
物理化学
OC线：l—s平衡线，也叫冰的熔点曲 ,
F =1。
OB线：g = s平衡线，也叫冰的升华曲线，F =1。 OD线：过冷水与水蒸气平衡共存－亚稳状态。(OA反向延长 线，－10℃的水)。
三条线的斜率： d p Δ vap H m Δ Hm OA： OB： OC：
sub m
d T T ,Δ Vm T .(Vg Vl ) dp Δ H 0 0 d T T (V V ) 0
g l
0
dp Δ fu s H m 0 0 d T T (Vl Vs ) 0
化学热力学
A点不能无线延长，否则水将不存在，全部变成蒸气；C 点延伸到一定程度时，会出现不同结构的水。
§6.1相律
6.1.1基本概念 1.相与相数： 相：系统内部物理性质与化学性质完全均匀的部分称为一相 （ phase ） 。相与相之间有明显的界面。可以用物理方法将其 分开。
化学热力学
第六章 相平衡
物理化学
相数（P）：相的数目
g. 无论系统中有多少种气体存在，都为一相；l．视溶解度不 同，可以有一相、二相、三相共存； s．一般来讲，除固溶体外， 有几种固体物质，就有几个固相。(固溶体：几种固体已达到分子 水平的混合，用物理方法很难分开，如Au－Ag。) 另：同一系统在不同的条件下可以有不同的相，其相数也可 能不同。如：水 101.325kPa T >373K：g ; 101.325kPa T = 373K: g = l; 101.325kPa T<373K：l；
水与水蒸气的相同与不同点
水与水蒸气的相同与不同点水和水蒸气是两种不同的物质，在化学和物理性质上存在着一些相同点和不同点。
本文将从分子结构、密度、沸点、热容、颜色等方面探讨水和水蒸气的相同和不同之处。
一、分子结构水和水蒸气的分子都是由一个氧原子和两个氢原子组成的，分子式为H2O。
它们之间的不同在于分子之间的距离和相互作用力。
在水中，分子之间会形成氢键，使得水分子之间的距离比较近，因此水的密度比水蒸气高。
而在水蒸气中，分子之间的距离比较远，相互作用力比较弱，因此水蒸气的密度比水低。
二、密度水的密度为1克/立方厘米，而水蒸气的密度则很小，通常用单位体积的质量来表示，比如1克/立方米。
由于水蒸气的密度很小，所以它具有较强的浮力，可以使飞机、汽车等运输工具起飞或行驶。
三、沸点水和水蒸气的沸点是不同的。
水的沸点为100℃，而水蒸气的沸点则取决于环境温度和气压。
当环境温度升高或气压降低时，水蒸气的沸点也会相应升高。
四、热容水和水蒸气的热容也存在差异。
热容是指单位质量物质温度升高1度所需要吸收的热量。
水的热容比水蒸气的热容大，这意味着在相同的温度下，水需要吸收更多的热量才能升高1度，而水蒸气则需要吸收较少的热量。
五、颜色水和水蒸气的颜色也不同。
水呈现蓝色或透明的颜色，而水蒸气则是无色的。
这是由于水分子和空气分子的尺寸不同，水分子比空气分子大，散射光线的能力也更强，因此水看起来会有颜色。
综上所述，水和水蒸气在分子结构、密度、沸点、热容、颜色等方面存在着一些相同和不同之处。
了解这些特点有助于我们更好地理解水和水蒸气的本质和性质，也有助于我们更好地利用它们。
工程热力学与传热学水蒸气的热力性质
蒸汽锅炉
蒸汽锅炉是产生水蒸气的关键设备， 通过燃烧燃料将水加热至沸腾产生水 蒸气，用于推动各种动力机械。
化工工程
化学反应
在化工工程中，水蒸气常作为反 应物或催化剂参与各种化学反应 ，如合成氨、硫酸等。
工程热力学与传热学水蒸气的热力 性质
目 录
• 水蒸气的形成与性质 • 水蒸气的热力学性质 • 水蒸气的传热性质 • 水蒸气在工程中的应用
01 水蒸气的形成与性质
水蒸气的定义
总结词
水蒸气是水的气态形式，由液态水或固态冰经过蒸发或升华 而来。
详细描述
水蒸气是大气中水分子以气态形式存在的一种状态，是水的 一种基本相态。当液态水受到热能作用时，会蒸发成水蒸气 ；而当固态冰受到足够的热量时，也会升华成水蒸气。
过热蒸汽比容
超过饱和蒸汽比容的蒸汽比容，与饱和蒸汽比容和过热度有关。
比容变化对水蒸气的影响
水蒸气的比容变化会影响其压力和温度变化，进而影响热力学过程 和传热过程。
水蒸气的焓
焓的定义
水蒸气的焓是指其具有的热量和压力势能的总和。
焓的计算公式
对于一定质量的水蒸气，焓的计算公式为 $H = h_v + P times V$，其中 $h_v$ 为水蒸气的 比焓，$P$ 为压力，$V$ 为比容。
焓对水蒸气过程的影响
在热力学过程中，水蒸气的焓值变化会影响其吸热量和做功量，进而影响过程进行的方向 和效率。
水蒸气的熵
01
熵的定义
水蒸气的熵是指其内部无序程度的度量。
02
熵的计算公式
对于一定质量的水蒸气，熵的计算公式为 $S = s_v + P times V$，其
工程热力学水蒸汽的热力性质
5-1 水蒸气的饱和状态
二、凝结（液化）
定义：物质从汽态转变成液态的过程，称为液 化。（如火电厂凝汽器中的排汽凝结成水的过程） 特点：在一定压力下，蒸汽的温度（低）等于
沸点时，才可能出现凝结。
液化和汽化是物质相态变化的两种相反过程，实
际上，在密闭容器内进行的汽化过程，总是伴随液 化过程同时进行。
q ql r qs h h0
kJ/kg
16
水蒸气的定压产生过程在p-v图与T-s图上的表示：
p T e
p1
a b
c
d
e
Ts
a
b
c
d
0
v0 v
vx
v
v
v
0
s
sx
s
s
s
结论：水蒸气的定压产生过程依次经历三个阶段、五种状态。从pv图可以看出，v0<v′<vx<v″<v。在T-s图上，ab、bd及de线下的投影 面积分别表示了三个阶段所加入的热量的大小。
31
（4）湿蒸汽参数的确定：
v x (1 x)v xv v x(v v )
hx (1 x)h xh h x(h h) h xr
s x (1 x)s xs s x(#39; h0
kJ/kg
T
e
Ts
2.饱和水的定压汽化过程： 汽化潜热 r h " h ' kJ/kg
r Ts s " s '
过热热
b
d
kJ/kg
a
3.干蒸汽的定压过热过程：
ql
s'
r
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Superheat Stage (过热阶段)
Superheated vapor is the vapor that is not about to condense.
t ts
t
v
t过热 t ts
注意：水蒸气定压发生过程说明
(1) (2)
Q U W U pdV 只有熵加热时永远增加 U pV U ( pV ) H S Sf Sg 0
(3) 理想气体
h f (T )
实际气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加 h '' h ' 汽化潜热 (4) 未饱和水 过冷度 t过冷 ts t 过冷水 过热蒸汽 过热度 t过热 t ts
一一对应
p f (T )
放掉一些水，Ts不变， ps？ ps Ts
There is a definite relation between
.
ps f (Ts )
ps=1.01325bar 青藏ps=0.6bar 高压锅ps=1.6bar
Ts=100 ℃ Ts=85.95 ℃
Ts=113.32 ℃
wv g1 (T )
The rate of Vaporization depends on the liquid temperature.(气化的速率取决于液相的温度)
wv wc
wv wc
vapori zation(气化）
condensati on (凝结）
wv wc
equilibrium (平衡状态）
The rate of condensation depends upon the density of vapor in the space above the liquid. (凝结的速率取决于液面上方气相空间气体分子的密度,即蒸气压力)
wc g( ) f ( pv )
Liquid molecule has to overcome the surface tension to become vapor, therefore vaporization consumes energy. ( 液相分子必须克服表面张力才能进入气相空间而气化,因此气化是要耗 能的)
物质三种聚集状态：
Solid Liquid Gas
固态、 液态、 气态
水的三态： 冰、
Ice
Water Steam
水、
蒸汽
Phase changes (相变): 任何一种物质都可以经历下列所述的相变. Any kind of substance may undergo various types of phase changes as following : 溶解(Fusion/melting) = solid to liquid 凝固(Freezing) = liquid to solid 气化(Vaporization)= liquid to gas 凝结(Condensation)= gas to liquid 升华(Sublimation) = solid to gas
Boiling can only occur as temperature reaches the saturation temperature corresponding to the specified pressure or the pressure drops below the saturation pressure corresponding to the specified temperature. （沸腾只能当温度达到给定压力所对应的饱和温度或压力降到给定 温度所对应的饱和压力时,才能发生)
As heat added, t slightly v It becomes Saturated liquid.
t过冷 ts t
. When
t ts
The liquid is about to vaporize. It is the state at which it is still a liquid, but any heat addition will cause some of the liquid to vaporize.
regions;
separates the solid and liquid regions;
The three lines meet at the triple point. Triple point(三相点）：all three phases coexist in equilibrium. (三种相态以平衡共存) Critical point (临界点): The point at which the saturated liquid and saturated vapor states are identical. No distinction can be made between liquid and vapor phases above the critical point. (临界点就是气相与液相一致的状态点,温度高于临界 点之上,气相与液相没有明显的区别)
6.2.3 汽化 Vaporization
汽化: 由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化)
Evaporation
蒸发：汽液表面上的汽化 It occurs above the free surface of liquid Boil 沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化 It is an intensive vaporization phenomenon occurs in the liquid.
The equilibrium is called Saturation State.(饱和状态） The properties at this state is called Saturation Properties. (饱和 参数）
Ts
ps
6.2.2 饱和状态Saturation state
水和水蒸气是实际气体的代表
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
水蒸气
§ 6-1 纯物质的热力学面及相图 Pure substance
6.3.1 P=constant (压力 p 是定值)
§6-3 水蒸气的定压发生过程
t < ts
未饱和水
t = ts
t = ts
t = ts
t > ts
v > v’’ h > h’’ s > s’’
过热
饱和水 饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽 过热蒸汽
v < v’ h < h’ s < s’
v = v’ v ’< v <v’’ v = v’’ h = h’ h ’< h <h’’ h = h’’ s = s’ s ’< s <s’’ s = s’’
汽化
水预热
v
Preheat Stage (预热阶段) Compressed liquid to Saturated liquid. (未饱和液体 饱和液体) Compressed liquid/subcooled liquid is not about to vaporization.
t ts f ( p)
v
Vaporization Stage (气化阶段) Saturated liquid to Saturated vapor (饱和液体 饱和蒸气) t ts v Saturated vapor is a vapor about to condense. A substance at state between Saturated liquid and Saturated Vapor is called Saturated liquid-vapor mixture/wet vapor.
思考题
1. 溜冰冰刀 2. 北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相
3. 有没有500º C的水？
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？
饱和线、三相线和临界点
饱和液线
临界点
饱和气线
p
三相线
饱和固线
v
T
Vapor and Liquid (汽相和液相)
Chapter 6. The property of Water and Vapor (第6章. 水和水蒸气的性质)
6.1 Basic conceptions (基本概念)
6.2 Phase change Process of Pure Substance (纯质的 相变过程)
6.3 Property Tables (水蒸气性质表) 6.4 h-s diagrams for Water Vapor (水蒸气的h-s图) 6.5 Thermodynamic Processes of Water Vapor (水蒸气的热力过程)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
过热器
汽轮机
因固相不流动， 更关心汽液两相
锅 炉
发电机 凝 汽 器 给水泵
冰蓄冷
§6-2 汽化与饱和
6.2.1 汽化与凝结
气化(Vaporization): 由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化) The Process of Changing from liquid into gas/vapor is called vaporization. 凝结(Condensation)： 由气态变成液态的物理过程 The process of changing from gas/vapor into liquid is called Condensation