水蒸气定压比热容演示教学
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热工与流体力学基础最新版教学课件第3章 气体和蒸汽的性质及其热力过程
➢按平均比热容计算(查附表B)：
u
t2 t1
cV
dt
cV
t2 t1
(t 2
t1 )
h
t2 t1
c
p
dt
cp
t2 t1
(t 2
t1 )
3.1理想气体的热容、热力学能和熵
2、状态参数熵
状态参数熵是从研究热力学二律与卡诺循环而得出的，它在 热工计算及理论中占据重要的作用。
✓熵的定义：dS Qrev 或 ds qrev du pdv cV dT pdv
同理：
ds qrev
T
dh vdp T
c p dT
RgT p
dp
T
dT dp cp T Rg p
pv RgT dp dv dT pv T
ds
cp
dp p
dv v
Rg
dp p
cp Rg
dp p
cp
dv v
cV
dp p
cp
dv v
3.1理想气体的热容、热力学能和熵 理想气体熵方程：
第3章 气体、蒸气的性质及其 热力过程
Properties and thermodynamic process of gas and vapor
第3章 气体和蒸气的性质
3.1 理想气体的热容、热力学能和熵 3.2 理想气体的热力过程 3.3 理想混合气体 3.4 水蒸气 3.5 水蒸气的基本热力过程 3.6 湿空气 3.7 湿空气的基本热力过程
cV
du dT
du
cV dT
cV cV (T ) 温度的函数
3.1理想气体的热容、热力学能和熵 3.定压比热容cp：可逆定压过程的比热容
u
t2 t1
cV
dt
cV
t2 t1
(t 2
t1 )
h
t2 t1
c
p
dt
cp
t2 t1
(t 2
t1 )
3.1理想气体的热容、热力学能和熵
2、状态参数熵
状态参数熵是从研究热力学二律与卡诺循环而得出的，它在 热工计算及理论中占据重要的作用。
✓熵的定义：dS Qrev 或 ds qrev du pdv cV dT pdv
同理：
ds qrev
T
dh vdp T
c p dT
RgT p
dp
T
dT dp cp T Rg p
pv RgT dp dv dT pv T
ds
cp
dp p
dv v
Rg
dp p
cp Rg
dp p
cp
dv v
cV
dp p
cp
dv v
3.1理想气体的热容、热力学能和熵 理想气体熵方程：
第3章 气体、蒸气的性质及其 热力过程
Properties and thermodynamic process of gas and vapor
第3章 气体和蒸气的性质
3.1 理想气体的热容、热力学能和熵 3.2 理想气体的热力过程 3.3 理想混合气体 3.4 水蒸气 3.5 水蒸气的基本热力过程 3.6 湿空气 3.7 湿空气的基本热力过程
cV
du dT
du
cV dT
cV cV (T ) 温度的函数
3.1理想气体的热容、热力学能和熵 3.定压比热容cp：可逆定压过程的比热容
4、水蒸汽的热力过程
u ' h ' pv ' 376.94kJ/kg 0.070121103 kPa 0.00103593m3 /kg 375.90kJ/kg
u '' h " pv " 2659.63kJ/kg 0.070121103 kPa 2.3616m3 /kg 230 C h2 2910kJ/kg v2 0.320m3 /kg s2 7.01kJ/(kg K)
求得： V1 m1v1 0.5kg 0.143m3 /kg 0.0715m3
V2 V1 0.0715m3 m2 0.2234kg 3 v2 v2 0.320m /kg
u1 h1 p1v1 3175kJ/kg 2 103 kPa 0.143m3 /kg 2889kJ/kg
u2 h2 p2v2 2910kJ/kg 0.7 103 kPa 0.32m3 /kg 2686kJ/kg
0.5kg 2889kJ/kg 0.2234kg 2686kJ/kg h3 (0.5 0.2234)kg 3053.0kJ/kg
由h3 3053kJ/kg
p 0.7MPa
查图求得t3=297℃
【例】1kg水自1MPa，160℃，降温到90℃，其内能 不变。求：可得的最大有用功和作功能力损失。 (p0=0.1Mpa,t0=20℃) 解：首先确定初终态参数，由 p1 1MPa t1 160 C 查过热蒸汽和未饱和水表得
u ' u2 u ''
故终态为湿饱和蒸汽。
?
实际气体的等温变化，其焓、热力学能 不是等值的！
【例】如图所示，汽柜和气缸经阀门相连接，汽柜与汽缸 壁面均绝热，汽柜内有0.5kg，2.0MPa，370℃的水蒸气。 开始时活塞静止在气缸底部，阀门逐渐打开后，蒸汽缓 慢地进入气缸，气缸中的蒸汽始终保持0.7MPa的压力， 推动活塞上升。当汽柜中压力降到与气缸中的蒸汽压力 相等时立即关闭阀门，分别求出汽柜和气缸中蒸汽的终 态温度。
u '' h " pv " 2659.63kJ/kg 0.070121103 kPa 2.3616m3 /kg 230 C h2 2910kJ/kg v2 0.320m3 /kg s2 7.01kJ/(kg K)
求得： V1 m1v1 0.5kg 0.143m3 /kg 0.0715m3
V2 V1 0.0715m3 m2 0.2234kg 3 v2 v2 0.320m /kg
u1 h1 p1v1 3175kJ/kg 2 103 kPa 0.143m3 /kg 2889kJ/kg
u2 h2 p2v2 2910kJ/kg 0.7 103 kPa 0.32m3 /kg 2686kJ/kg
0.5kg 2889kJ/kg 0.2234kg 2686kJ/kg h3 (0.5 0.2234)kg 3053.0kJ/kg
由h3 3053kJ/kg
p 0.7MPa
查图求得t3=297℃
【例】1kg水自1MPa，160℃，降温到90℃，其内能 不变。求：可得的最大有用功和作功能力损失。 (p0=0.1Mpa,t0=20℃) 解：首先确定初终态参数，由 p1 1MPa t1 160 C 查过热蒸汽和未饱和水表得
u ' u2 u ''
故终态为湿饱和蒸汽。
?
实际气体的等温变化，其焓、热力学能 不是等值的！
【例】如图所示，汽柜和气缸经阀门相连接，汽柜与汽缸 壁面均绝热，汽柜内有0.5kg，2.0MPa，370℃的水蒸气。 开始时活塞静止在气缸底部，阀门逐渐打开后，蒸汽缓 慢地进入气缸，气缸中的蒸汽始终保持0.7MPa的压力， 推动活塞上升。当汽柜中压力降到与气缸中的蒸汽压力 相等时立即关闭阀门，分别求出汽柜和气缸中蒸汽的终 态温度。
知识点：水蒸汽的定压产生过程PPT.
加热 （b） 饱和水
加热 （c） 湿饱和蒸气 定压汽化阶段
加热 （d） 干饱和蒸气 定压过热阶段
加热 （e） 过热蒸气
图1 水蒸汽的定压产生过程示意图
t＞t s
v=v ′
v=v ″
v=v 0
t=t s
v=v x
t=t s
t=t s
v=v
知识点：水蒸汽的定压产生过程
程可以分为三个阶段，在整个过程中水有五种状态。 1.未饱和水的定压预热阶段 水温低于饱和温度的水称为未饱和水，如图1（a）所示 对未饱和水加热，其温度不断升高，水的比容略有增大，当 水温达到压力p所对应的饱和温度tS时，水将开始沸腾，这 时的水称为饱和水，如图1（b）所示。水在定压下，从未饱 和水状态加热到饱和水状态的过程称为水的定压预热阶段。 2.饱和水定压汽化阶段 对饱和水继续加热，水开始沸腾汽化。这时，饱和压力 不变，饱和温度也不变。这种蒸汽和水的混合物称为湿饱和 蒸汽（简称为湿蒸汽），如图1（c）所示。随着加热过程的 继续进行，水逐渐减少，蒸汽逐渐增多，直至水全部转化为
知识点：水蒸汽的定压产生过程
工程上所用的水蒸汽都是在锅炉内定压加热，使之持续 沸腾而得到的。其产生过程可通过图1来说明。 将1kg温度为 0.01℃的纯水置于带有活塞的定压容器中 活塞上加载恒定压力p ，使水在定压下变为水蒸汽，发生过
P=常数 P=常数 P=常数 P=常数 P=常数
t=0.0Leabharlann ℃加热 （a） 未饱和水 定压预热阶段
知识点：水蒸汽的定压产生过程
蒸汽这时的蒸汽称为干饱和蒸汽(简称饱和蒸汽)，如图1(d) 所示。把饱和水定压加热为干饱和蒸汽的过程称为饱和水的 定压汽化阶段。 这一阶段吸收的热量称为汽化潜热，用r表示。即将1kg 饱和液体转变成同温度的干饱和蒸汽所吸收的热量，称为汽 化潜热。 为了区分湿饱和蒸汽中干饱和蒸汽的含量，引进湿饱和 蒸汽的干度的概念。所谓湿饱和蒸汽的干度是在1kg湿饱和蒸 气中含有干饱和蒸汽的质量用x表示。对饱和水x=0，干饱和 蒸汽x=1，湿饱和蒸汽0＜x＜1。 3.干饱和蒸汽的定压过热过程 对饱和蒸汽继续定压加热，蒸汽温度将继续升高，比容
水蒸气—定压下水蒸气的生产过程(热工课件)
定压下水蒸气的生产过程
1. 水蒸气的定压生产过程
过冷度：在一定
过热度：在一定压力下，过热蒸汽的温度高于相应压力下的饱和
温度的差值。
过冷度和过热度分别衡量了未饱和水和过热蒸汽远离饱和温度的状
态，差值越大，越远离。
定压下水蒸气的生产过程
2. 水蒸气的p-v图和T-s图
水蒸气定压生产过程
定压下水蒸气的生产过程
1. 水蒸气的定压生产过程
干度：1kg湿蒸汽中所含水蒸气的质量称为湿蒸汽的干度，用x表
示。
x=
+
mvap—湿空气中饱和蒸汽的质量，kg；
mwat—湿空气中饱和蒸汽的质量，kg；
显然，x=0~1，对于饱和水，x=0；对于饱和蒸汽，x=1.
定压下水蒸气的生产过程
2. 水蒸气的p-v图和T-s图
定压下水蒸气的生产过程
2. 水蒸气的p-v图和T-s图
序号
类 型
特
1
一 点
临界点
2
两 线
饱和水线AC、饱和蒸汽线BC
三 区
未饱和水区、湿饱和蒸汽区、
过热蒸汽区
3
4
征
未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、
五种状态
干饱和蒸汽、过热蒸汽
定压下水蒸气的生产过程
定压下水蒸气的生产过程
1. 水蒸气的定压生产过程
工程中所用的水蒸气是在锅炉中定压加热产生的。定压下生产水
蒸气大致可分为三个阶段，五种状态。
三
个
阶
段
预热阶段：未饱和水→饱和水；
五
种
汽化阶段：饱和水→湿蒸汽→饱和蒸汽； 状
态
过热阶段：饱和蒸汽→过热蒸汽
定压下水蒸气的生产过程
课件-水与水蒸气性质 共22页PPT资料
比容的计算 质量的计算
02.10.2019
过热水蒸汽图表
02.10.2019
判断水蒸气状态例题1
过冷态 湿蒸汽状态 过热状态
02.10.2019
谢谢！
Hale Waihona Puke R134a:ps/ MPa ts/ ℃
02.10.2019
0.06 -37.07
0.1 -26.43
0.2 -10.09
1.0 39.39
由于ps和ts一一对应，未饱和液(p,t)可以是压力 p大于温度t对应的饱和压力ps(t)；也可是温度t小于 压力p对应的饱和温度ts(p)。所以从未饱和液状态 达到饱和状态既可以保持压力不变而提高温度，
02.10.2019
单位时间内进入空 间的分子数目与返回液 体中的分子数目相等时， 即汽化速度=液化速度 时，系统处于动态平衡， 宏观上气、液两相保持 一定的相对数量，此时
的状态称为饱和状态。
02.10.2019
饱和状态下的液体称为饱和液体，其蒸汽
称为干饱和蒸汽。处于未饱和状态的液体叫做 未饱和液体。饱和状态下的液体和蒸汽的温度 称为饱和温度，与饱和温度相对应的饱和蒸汽 的压力称为饱和压力。实验指出，液体的饱和 压力和饱和温度是一一对应的。如水蒸气：
02.10.2019
02.10.2019
02.10.2019
3 水和水蒸气的状态参数
02.10.2019
三相图
固体－气体 固体－液体 液体－气体 三相点 临界点
02.10.2019
三相图
升华 融解 汽化 凝华 凝结（冷凝）
02.10.2019
水蒸气的压容图
工程热力学
水和水蒸气性质
02.10.2019
过热水蒸汽图表
02.10.2019
判断水蒸气状态例题1
过冷态 湿蒸汽状态 过热状态
02.10.2019
谢谢！
Hale Waihona Puke R134a:ps/ MPa ts/ ℃
02.10.2019
0.06 -37.07
0.1 -26.43
0.2 -10.09
1.0 39.39
由于ps和ts一一对应，未饱和液(p,t)可以是压力 p大于温度t对应的饱和压力ps(t)；也可是温度t小于 压力p对应的饱和温度ts(p)。所以从未饱和液状态 达到饱和状态既可以保持压力不变而提高温度，
02.10.2019
单位时间内进入空 间的分子数目与返回液 体中的分子数目相等时， 即汽化速度=液化速度 时，系统处于动态平衡， 宏观上气、液两相保持 一定的相对数量，此时
的状态称为饱和状态。
02.10.2019
饱和状态下的液体称为饱和液体，其蒸汽
称为干饱和蒸汽。处于未饱和状态的液体叫做 未饱和液体。饱和状态下的液体和蒸汽的温度 称为饱和温度，与饱和温度相对应的饱和蒸汽 的压力称为饱和压力。实验指出，液体的饱和 压力和饱和温度是一一对应的。如水蒸气：
02.10.2019
02.10.2019
02.10.2019
3 水和水蒸气的状态参数
02.10.2019
三相图
固体－气体 固体－液体 液体－气体 三相点 临界点
02.10.2019
三相图
升华 融解 汽化 凝华 凝结（冷凝）
02.10.2019
水蒸气的压容图
工程热力学
水和水蒸气性质
工程热力学与传热学10)水蒸气
任何液体任何温度都存在蒸发现象
挥发主要强调蒸发的速度快慢，而且是常温 下。比如浓盐酸具有挥发性，就是说常温常压下， 浓盐酸会迅速大量蒸发出HCl气体。
三、饱和状态
1、饱和状态：汽、液两相达到动态平衡的状态。 液体分子脱离其 ＝ 汽体分子回到液 表面的汽化速度 体中的凝结速度 这时液体与蒸汽处于动态 平衡状态，称为饱和状态 ps 饱和蒸汽 饱和水 ts 饱和水 饱和蒸汽
p
v 过热蒸汽
v0 v' 未饱和水 饱和水
t = t s t > ts t= t = ts ts v v= v 0< v’ v = v’ ’< vx <v’’ v’’> v’’ v ↑ v h= h h0 < h’ h = h’ ’< hx <h’’ h’’> h’’ h h↑ s s= s0 < s’ s = s’ ’< s x<s’’ s’’> s’’s↑ s
kJ/kg
Ts
T
e b c d
饱和水的定压汽化过程： 汽化潜热 r h " h ' kJ/kg
r Ts s " s ' kJ/kg
a
ql
s'
r
qsu
s"
干蒸汽的定压过热过程： 过热热 qs=h-h"
s
整个水蒸汽产生过程吸热量(1kg水)：
q ql r qsu h h0
3、过热阶段
干饱和蒸汽
过热蒸汽
p 定值 t ts v s h
ts t v v s s h h
p 定值 t v s h
过热度：D = t - ts
水蒸汽的比热容
水蒸汽的比热容
水蒸气定压比热容等于1cal·g-1℃-1(即4.1868×103J·kj-1·K-1)
拓展：
比热容，英文为Specific Heat Capacity，是指1kg的物质，在温度升高1K时，所吸收的热量。
比热容常用符号c表示，是热力学中常用的
一个物理量，表示物体吸热或散热能力。
利用比热容的概念可类推出表示1mol物质升高1K所需的热量的摩尔热容。
而在等压条件下的摩尔热容Cp称为定压摩尔热容。
在等容条
件下的摩尔热容Cv称为定容摩尔热容。
常见液体和固体物质中，水的比热容最大，在工农业生产和日常生活中有广泛的应用。
比热容的单位是复合单位。
在国际单位制中，能量、功、热量的主单位统一为焦耳，温度的主单位是开尔文，因此比热容的国际单位为，读作“焦[耳]每千克开[尔文]”，或为，读作“焦[耳]每千克摄氏度。
常用单位：、、、等。
注意摄氏度和开尔文仅在温标表示上有所区别，在表示温差的量值意义上等价，因此这些单位中的℃和K可以任意互相替换。
例如“焦每千克摄氏度”和“焦每千克开”是等价的。
1。
水的定压汽化过程与水蒸气的热力过程(ppt 30页)
3、热力学能利用公式u=h-pv求得。
例6-2: 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。（P77)
解：据P=0.5Mpa，查饱和水与饱和蒸汽表
ts=151.85C，v’=0.0010928m3/kg，v”=0.37481m3/kg
湿蒸汽
从 vx''v (1x)v' xv v'0 .96 v'' v'
一、定容过程（v = 常数 )
2
体积功 wv 1 pdv0
技术功 w t,v12vdv p p1p2
q v u 2 u 1 h 2 p 2 v 2 h 1 p 1 v 1 h 2 h 1 v p 2 p 1 二、定压过程（p = 常数 )
s x x " ( 1 s x ) s ' 0 . 9 6 . 8 6 ( 1 2 0 . 9 ) 1 1 . 8 6 5 6 6 . 6 k 0 / 2 k J ( K ) 4 3 g u x h x p 2 v . 7 6 0 . 5 8 6 1 6 0 3 . 0 3 1 6 3 0 2. 7 4 k / k 8 8 Jg 3
体积功 技术功
2
w p1p
dv pv2v1
2
wt,p
1
vdp0
2
qph2h11vdh p2h1
三、定温过程（T= 常数 )
单位质量热量：qT12TdT ss2s1
体积功： w T q T (u 2 u 1) T s2 s1 u 2 u 1
1-2可逆过程： wt,s h1h2