水的定压汽化过程与水蒸气的热力过程
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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”
水和水蒸气的性质(严家禄第七章)
h xh (1 x )h
"
'
v xv" (1 x )v ' s xs (1 x ) s
" '
y xy (1 x ) y
"
'
y y x " y y'
'
已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度x h ,v ,s
§7-4 水蒸气表和图
第七章 水和水蒸气的性质
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
查表举例（2）
已知 t=250℃, 5kg 蒸气占有0.2m3容积, 试问蒸 气所处状态? h=? 湿蒸汽状态 x 0.795 t=250℃ , h ' 1085.8 kJ kg
h" 2799.5 kJ kg
kg
h xh " (1 x)h ' 2448.2 kJ
查表举例（3）
T Tc e3 e2 e1
B
s
v
§7-3 水和水蒸气状态参数
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
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、T 2、饱和水和干饱和蒸汽 确定p或T 3、湿饱和蒸汽 除p或T外，其它参数与两相比例有关
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.
3-水蒸气的热力性质
h2’ h2
p1
wt' h1 h2 oi 1094.2kJ/kg
p2
2 2’
h2' h1 wt' 2237kJ/kg
0.005MPa s x2' 0.87
水蒸气参数对热力设备的影响
高参数水蒸气的基本性质
过热蒸汽的质量热容 过热蒸汽的比体积 过热蒸汽的焓
水蒸气的焓熵图
水蒸气表比较准确，但在分析热力过程时不 如图直观方便，所以实际应用是水蒸气表与 焓熵图配合使用
焓熵图是根据水蒸气表上所列的数据绘制而 成的，以其直观、方便弥补了水蒸气表的不 足，是工程上广泛采用的一种重要工具。
焓熵图_离散与连续的结合
焓熵图的画法(1)
1、零点：h=0，s=0；
水蒸气的基本概念#
汽化：物质由液态变为气态的过程；有蒸发和沸腾两种方式。 在液体的自由表面上进行的恶汽化过程称为蒸发。在液体内 部和表面同时发生的急剧的汽化现象称为沸腾。沸腾只发生 在相应压力所对应的饱和温度，这一温度称为沸点。
液化或凝结：物质由气态变为液态的过程；
饱和状态（两相动平衡状态）、饱和温度、饱和压力（相应 的蒸气压力）、饱和蒸汽、饱和液体。
13
2
ts(4MPa)=250.33℃
4
q = h2-h1
v
水蒸气的定压过程
例：水从30℃ ，4MPa, 定压加热到450
℃ q = h2-h1=3201.83kJ/kg
T
h
3 1
2
h2 4
13 h1
2 4
h1 = 129.37 kJ/kgs
h2 = 3331.2 kJ/ksg
水蒸气的绝热(Isentropic)过程
水的定压汽化过程与水蒸气的热力过程(ppt 30页)
一一对应
Ts
ps=1.01325bar 青藏 ps=0.6bar 高压锅 ps=1.6bar
ps
ts=100 ℃ ts=85.95 ℃ ts=113.32 ℃
二、水的定压汽化过程
容器中装有， p0.1MPa ta 0C
va
0.00m 13
>100℃
kg
0℃
100℃
100℃
100℃
va
离液态水不远，工作过程有集态变化。且水 蒸气分子间不仅存在作用力，分子占有容积， 而且水蒸汽是由一个分子、二个、三个、四 个分子机械结合成复合体的混合物，而且随 着参数的变化，结合与分裂现象不断发生， 因此水蒸气的性质不同于一般的气体，更不 同于理想气体。
水蒸气的状态方程，比热关系式及u、h、
s 的分析式可以从实验和理论结合的方法得 到，一些经验的公式相当复杂，用于一般工 程计算不方便，为了计算方便将水蒸气性质 的复杂公式，用计算机计算出水蒸气的热力 性质，经实验验证后，编成图、表直接查用， 简单、方便、精确。
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
汽化和液化 (vaporization and liquefaction)
汽化：由液态到气态 的过程。
蒸发：在液体表面进行 的汽化过程。 沸腾：在液体表面及内 部进行的强烈汽化过程。
液化：由气相到液相 的过程。
一、饱和温度和饱和压力
饱和状态(Saturated state)
当汽化速度=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—饱和状态。
相应的温度和压力称为饱 和温度（ts）和饱和压力(PS)，
水的定压汽化过程与水蒸气的热力过程
第一节 概 述
水蒸气是人类使用最早、应用最广 （汽车、火车、轮船、发电）的工质。为 什么它受到人们的特别喜爱呢？是因为水 分布广，价格便宜，无毒无臭，而水蒸气 的获得又特别容易（在常压下只要加热到 100℃以上就产生）,而在常温下就以液体 水的情况存在，便于我们的循环使用。
从工程中使用的参数范围来看，水蒸气
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
汽化和液化 (vaporization and liquefaction)
❖ 汽化：由液态到气态 的过程。
蒸发：在液体表面进行 的汽化过程。 沸腾：在液体表面及内 部进行的强烈汽化过程。
❖ 液化：由气相到液相 的过程。
一、饱和温度和饱和压力
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
tps, v’，h’，s’， v”，h”，s”
2. 按压力排列，附表3
e
va v’vx v” v
v
Ts
b
cd
a
s0
s’ sx s” s
s
三、水蒸气的p-v图和T-s图
未饱和水区 未饱和水区
p
C
T
过热蒸汽区
x=0
x=1
C
过热蒸汽区
湿蒸汽区
0
湿蒸汽区
x=0
x=1
0
v
s
1、一点二线三区五态。
2、当压力升高时，饱和温度随之升高，汽化过程缩短，比汽化 潜热减少，预热过程变长，比液体热增加。
水蒸气是人类使用最早、应用最广 （汽车、火车、轮船、发电）的工质。为 什么它受到人们的特别喜爱呢？是因为水 分布广，价格便宜，无毒无臭，而水蒸气 的获得又特别容易（在常压下只要加热到 100℃以上就产生）,而在常温下就以液体 水的情况存在，便于我们的循环使用。
从工程中使用的参数范围来看，水蒸气
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
汽化和液化 (vaporization and liquefaction)
❖ 汽化：由液态到气态 的过程。
蒸发：在液体表面进行 的汽化过程。 沸腾：在液体表面及内 部进行的强烈汽化过程。
❖ 液化：由气相到液相 的过程。
一、饱和温度和饱和压力
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
tps, v’，h’，s’， v”，h”，s”
2. 按压力排列，附表3
e
va v’vx v” v
v
Ts
b
cd
a
s0
s’ sx s” s
s
三、水蒸气的p-v图和T-s图
未饱和水区 未饱和水区
p
C
T
过热蒸汽区
x=0
x=1
C
过热蒸汽区
湿蒸汽区
0
湿蒸汽区
x=0
x=1
0
v
s
1、一点二线三区五态。
2、当压力升高时，饱和温度随之升高，汽化过程缩短，比汽化 潜热减少，预热过程变长，比液体热增加。
工程热力学与传热学10)水蒸气
湿蒸汽的干度和湿度
干度x：湿蒸汽中饱和蒸汽所占的质量百分比。
mV 湿蒸汽中干蒸汽的质量 x 湿蒸汽总质量 mV mW
mv mW
湿度y：湿蒸汽中饱和水所占的质量百分比。
mW 湿蒸汽中饱和水的质量 y 湿蒸汽总质量 mV mW
显然： x+y=1
饱和水的x=0; 干蒸汽的x=1
比容 温度 t （℃） 压力 P (MPa) 0.000611 焓 汽化 潜热 熵
v’
(m3/kg) 0.0010002
v”
(m3/kg) 206.312
h’
(kJ/kg) -0.04
h”
(kJ/kg) 2501.0
r
s’
s”
(kJ/kg) (kJ/kg·K) (kJ/kg·K) 2501.0 -0.0002 9.1565
1、预热阶段
未饱和水（过冷水）
饱和水
p 定值
过冷度
p 定值
t0 t s v 0 v s0 s h0 h
t0 v0 s0 h0
Δ t=t-ts
ts v s h
注意比较v0和v′ 的大小！
这个阶段所需的热量称为液体热 ql
ql h h0
'
2、汽化阶段
p 定值 ts v s h
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。 湿蒸汽：饱和蒸汽与饱和液体的机械混合物。 饱和液体：一定压力下，温度等于对应饱和温度的液体。 或者说：一定温度下，压力等于饱和蒸汽压的液体。 未饱和液体：一定压力下，温度低于对应饱和温度的液体。 或者说：一定温度下，压力高于饱和蒸汽压的液体。
工程热力学(第5章--水蒸汽的热力性质)
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
所以：随着p升高，b点向右移动，d点向左移动，即 预热过程增长，汽化过程缩短，过热过程增加。
19
5-2 水蒸气的定压产生过程
当压力升高至pc=22.064MPa时，汽化过程缩成一点，即临 界点C，同时产生两线（CM、CN）和三区（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）。
D = t - ts
h
15
➢水蒸气定压产生过程中热量的计算
1.水的定压预热阶段：
液体热 ql h ' h0 kJ/kg
T
2.饱和水的定压汽化过程：
汽化潜热 r h" h ' kJ/kg
Ts
b
e d
r Ts s" s ' kJ/kg
3.干蒸汽的定压过热过程：
过热热 qs h h" kJ/kg
2
本章主要内容 水蒸气的饱和状态 水蒸气的定压产生过程 水蒸气的热力性质图表 水蒸气的基本热力过程
3
5-1 水蒸气的饱和状态
一、汽化：液态→汽态 （如锅炉水冷壁中水的汽化过程）
汽化方式有两种：1）蒸发，2）沸腾。
1、蒸发——在液体表面缓慢进行的汽化现象。
特点：它能在任何温度下进行；液体的蒸发速度取决于 液体的性质、液体的温度、蒸发表面积和液面上气流的流速。
饱和状态的特点： p s
①汽水共存；
ts
②汽水同温；
③饱和压力与饱和温度
成一一对应关系.
ts f ps
8
饱和温度与饱和压力的关系
ts f ps
ps上升， ts上升 ts上升， ps上升
饱和压力 0.005MPa
18
5-2 水蒸气的定压产生过程
所以：随着p升高，b点向右移动，d点向左移动，即 预热过程增长，汽化过程缩短，过热过程增加。
19
5-2 水蒸气的定压产生过程
当压力升高至pc=22.064MPa时，汽化过程缩成一点，即临 界点C，同时产生两线（CM、CN）和三区（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）。
D = t - ts
h
15
➢水蒸气定压产生过程中热量的计算
1.水的定压预热阶段：
液体热 ql h ' h0 kJ/kg
T
2.饱和水的定压汽化过程：
汽化潜热 r h" h ' kJ/kg
Ts
b
e d
r Ts s" s ' kJ/kg
3.干蒸汽的定压过热过程：
过热热 qs h h" kJ/kg
2
本章主要内容 水蒸气的饱和状态 水蒸气的定压产生过程 水蒸气的热力性质图表 水蒸气的基本热力过程
3
5-1 水蒸气的饱和状态
一、汽化：液态→汽态 （如锅炉水冷壁中水的汽化过程）
汽化方式有两种：1）蒸发，2）沸腾。
1、蒸发——在液体表面缓慢进行的汽化现象。
特点：它能在任何温度下进行；液体的蒸发速度取决于 液体的性质、液体的温度、蒸发表面积和液面上气流的流速。
饱和状态的特点： p s
①汽水共存；
ts
②汽水同温；
③饱和压力与饱和温度
成一一对应关系.
ts f ps
8
饱和温度与饱和压力的关系
ts f ps
ps上升， ts上升 ts上升， ps上升
饱和压力 0.005MPa
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p
T
ab
cd e
e
va v’vx v” v
v
Ts
b
cd
a
s0
s’
sx s” s
s
（4）c：湿蒸汽 饱和水和饱和蒸汽的混合物 t = ts ， p、T 不是独立 的状态参数。 处于平衡态双相非均匀系= f ( p或T，x )。
干度x：1kg湿蒸汽中含xkg的饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。
（5）e：过热蒸汽，t > ts , 过热度t = t- ts , p、T 是独立的状态参数，单相均匀系= f ( p , T )。
s0
s’
sx s” s
s
三、水蒸气的p-v图和T-s图
未饱和水区 未饱和水区
p
CTຫໍສະໝຸດ C过热蒸汽区过热蒸汽区
x=0
x=1
湿蒸汽区
0
湿蒸汽区
x=0
x=1
0
v
s
1、一点二线三区五态。
2、当压力升高时，饱和温度随之升高，汽化过程缩短，比汽化 潜热减少，预热过程变长，比液体热增加。
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。
查表得：h’=640.1kJ/kg，h”=2748.5kJ/kg s’=1.8604kJ/(kgK)，s”=6.8215kJ/(kgK)
路漫漫其悠远
第四节 水蒸气的h-s图
我们用过 p-v 图、T-s 图,这在热力 过程的分析中常用，一个叫示功图，一 个叫示热图.但功和热都是一块面积，不 直接，而用h-s 图可用线段来表示功和 热.
当汽化速度=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—饱和状态。
相应的温度和压力称为饱 和温度（ts）和饱和压力(PS)，
两者一一对应。 ts =f(Ps)，只有
一个独立变量。
饱和蒸汽 饱和水
路漫漫其悠远
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
Ts
cd e
e
va v’ vx v” v
五个状态：
v
Ts
b
cd
a
s0
s’
sx s” s
s
（1）a：未饱和水（过冷水），t < ts 过冷度t = ts- t ,
p、T 是独立的状态参数，单相均匀系= f ( p， T )。 （2）b：饱和水，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’ （3）d：干饱和蒸汽，t = ts ， p、T 不再是独立的状态参数 路漫漫其悠远 处于平衡态单相均匀系= f ( p或T )。v”，u”，h”，s”
水蒸汽的热力学能、焓和熵通过查图和表求得。
路漫漫其悠远
我们学习的目的，是在了解水蒸气发生 的物理过程的基础上，应用水和水蒸汽热力 性质、图表进行水蒸气性质和热力过程的计 算，关于这些图表如何制作的过程及研究方 法，我们不去管它，只要会用即可。
路漫漫其悠远
第二节 水的定压汽化过程和
水蒸气的p-v图及T-s图
4、临界点上的比汽化潜热为零，即汽化在一瞬间完成。
路漫漫其悠远
路漫漫其悠远 2020/4/2
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
tps, v’，h’，s’， v”，h”，s”
2. 按压力排列，附表3
pts, v’，h’，s’， v”，h”，s” 湿蒸汽： v’，h’，s’
v’,v”
v >v” 过热蒸汽
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。
路漫漫其悠远
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”湿=蒸0汽.37481m3/kg
h-s图由上界线、下界线及定压线 群，定温线群，定容线群、定干度线群 组成。
ps=1.01325bar 青藏 ps=0.6bar 高压锅 ps=1.6bar
路漫漫其悠远
ps
ts=100 ℃ ts=85.95 ℃ ts=113.32 ℃
二、水的定压汽化过程
容器中装有1kg水
，
0℃
100℃
100℃
100℃
>100℃
p a bc d e
T e
bc d a
v
s
路漫漫其悠远
p
T
ab
水的定压汽化过程与水 蒸气的热力过程
路漫漫其悠远 2020/4/2
从工程中使用的参数范围来看，水蒸气 离液态水不远，工作过程有集态变化。且水 蒸气分子间不仅存在作用力，分子占有容积 ，而且水蒸汽是由一个分子、二个、三个、 四个分子机械结合成复合体的混合物，而且 随着参数的变化，结合与分裂现象不断发生 ，因此水蒸气的性质不同于一般的气体，更 不同于理想气体。
v”，h”，s”
x 二、未饱和水与过热水蒸气表
t，p v， h， s
路漫漫其悠远
u=h-pv
二、未饱和水及过热蒸汽表
路漫漫其悠远
饱和水及干饱和蒸汽表
路漫漫其悠远
三、计算步骤
1、确定状态 t <ts 未饱和水
已知（p，t）
t >ts 过热蒸汽
ts
v <v’ 未饱和水
已知（p，v） v’<v <v” 湿蒸汽 x Sx，hx
汽化和液化 蒸发
汽化 沸腾
路漫漫其悠远
汽化和液化 (vaporization and liquefaction)
❖ 汽化：由液态到气态 的过程。
蒸发：在液体表面进行 的汽化过程。 沸腾：在液体表面及内 部进行的强烈汽化过程 。
❖ 液化：由气相到液相 的过程。
路漫漫其悠远
一、饱和温度和饱和压力
饱和状态(Saturated state)
路漫漫其悠远
三个阶段： 1）定压预热阶段a-b：未饱和水变为饱和水。比液体热：
2）定压汽化阶段b-c-d：饱和水变为干饱和蒸汽，既是定压又是 定温的相变加热过程。比汽化潜热：
3）定压过热阶段d-e：饱和蒸汽变成过热蒸汽，比过热热：
p
T
ab
cd e
e
va v’vx v” v
路漫漫其悠远
v
Ts
b
cd
a
路漫漫其悠远
水蒸气的状态方程，比热关系式及u、h 、s 的分析式可以从实验和理论结合的方法
得到，一些经验的公式相当复杂，用于一般 工程计算不方便，为了计算方便将水蒸气性 质的复杂公式，用计算机计算出水蒸气的热 力性质，经实验验证后，编成图、表直接查 用，简单、方便、精确。
路漫漫其悠远
实际气体的热力学能和焓不仅是温度的函数， 且与体积有关，所以比热容也是温度和体积的函数。