工程热力学 7 水和水蒸气的性质
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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.
工程热力学名词解释
工程热力学名词解释专题注：参考哈工大的工程热力学和西交大的工程热力学第一章——基本概念1、闭口系统：热力系与外界无物质交换的系统。
2、开口系统：热力系与外界有物质交换的系统。
3、绝热系统：热力系与外界无热量交换的系统。
4、孤立系统：热力系与外界有热量交换的系统。
5、热力平衡状态：热力系在没有外界作用的情况下其宏观性质不随时间变化的状态。
6、准静态过程：如果造成系统状态改变的不平衡势差无限小，以致该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态，这样的过程称为准静态过程7、热力循环：热力系从某一状态开始，经历一系列中间状态后，又回复到原来状态。
8、系统储存能：是指热力学能、宏观动能、和重力位能的总和。
9、热力系统：根据所研究问题的需要，把用某种表面包围的特定物质和空间作为具体指定的热力学的研究对象，称之为热力系统。
第二章——热力学第一定律1、热力学第一定律：当热能与其他形式的能量相互转换时，能的总量保持不变。
或者，第一类永动机是不可能制成的。
2、焓：可以理解为由于工质流动而携带的、并取决于热力状态参数的能量，即热力学能与推动功的总和。
3、技术功：技术上可资利用的功，是稳定流动系统中系统动能、位能的增量与轴功三项之和4、稳态稳流：稳定流动时指流道中任何位置上的流体的流速及其他状态参数都不随时间而变化流动。
第三章——热力学第二定律1、可逆过程：系统经过一个过程后，如果使热力系沿原过程的路线反向进行并恢复到原状态，将不会给外界留下任何影响。
2、热力学第二定律：克劳修斯表述：不可能把热从低温物体转移到高温物体而不引起其他变化。
开尔文普朗克表述：不可能从单一热源吸热而使之全部转变为功。
3、可用能与不可用能：可以转变为机械功的那部分热能称为可用能，不能转变为机械功的那部分热能称为不可用能。
4、熵流：热力系和外界交换热量而导致的熵的流动量5、熵产：由热力系内部的热产引起的熵的产生。
6、卡诺定理:工作再两个恒温热源（1T 和2T ）之间的循环，不管采用什么工质，如果是可逆的，其热效率均为121T T ，如果不是可逆的，其热效率恒小于121T T 。
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
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
工程热力学-06 水蒸气的热力性质
(t
−
ts
)
=
c
p
t ts
D
6-2 水蒸气的产生过程
• 水蒸气在定压过热过程中吸收的热量也等
于焓的增加：
（64;
• 式中，h一定压力为p、温度为t时过热水蒸气的 焓。过热水蒸气的焓为
h = h"+ q" = h0 + q '+ r + q"
（6-15）
6-2 水蒸气的产生过 程
蒸发热(液体温度越低，蒸发热越高)
蒸发制冷
1
2、饱和状态
逸出的分子数 = 被液面俘获的分子数
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
饱和状态：汽化和液化达到动态平 衡共存的状态
饱和水、饱和水蒸气 饱和液体、饱和蒸气
饱和温度Ts 饱和压力ps
饱和状态
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
§6-2 水蒸气的定压发生过程
t < ts
t = ts t = ts
t = ts
t > ts
未饱和水 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’’ v > v’’ h < h’ h = h’ h ’< h <h’’ h = h’’ h > h’’
(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 ' = γ 汽化潜热
(4) 未饱和水 过冷度 Δt过冷 = ts − t 过冷水
过热蒸汽 过热度 Δt过热 = t − ts
工程热力学-第7章水蒸气
2018-6-4
0.005 MPa
ts=32.879 ℃ v’=0.001 005 3, v”=28.191
h’=137.72, h”=2 560.6 s’=0.4761, s”=8.3930
v
h
s
m3/kg
kJ/kg
kJ/(k g·K)
0.0010002 -0.05 -0.0002 0.0010003 42.01 0.1510
湿蒸汽区，T = Ts，直线 过热蒸汽区，斜率随T增 大而增大
30/60
2）定温线群
h T v p
s T
sT
Ts
直线，与等压线重合
过热蒸汽区：
2018-6-4
V
1 v
v T
p
h s T
T
1
V
T
等温线较等压线平坦， 低压时趋于水平。
体积膨胀系数
●查图表或由专用程序计算 ●压力不太高时，可近似
ht cpt
st
cp
ln T 273.16
3. 饱和水和饱和水蒸气(ps和ts) 查图表或由专用程序计算
4. 过热蒸汽（p，t）
查图表或由专用程序计算。
注意：过热蒸汽不可用类似未饱和
2018-6-4 水的近似式，因cp变化复杂。
20/60
5. 湿饱和蒸汽
AC线：汽化曲线 AB线：融解曲线
AD线：升华曲线
两个关键点：C、A
C点：临界点
A点：三相点 固、液、汽三相共存点
三个物相区：固相区、液相区、
2018-6-4
汽相区
23/60
二、水定压加热汽化过程的p-v图及T-s图
上界限线
pcr 22.12 MPa 两线 下界限线
工程热力学与传热学水蒸气的热力性质
水蒸气在动力工程中广泛应用于蒸汽 轮机，通过将水加热至沸腾状态产生 水蒸气，推动蒸汽轮机转动，从而将 热能转化为机械能。
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
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-第七章水蒸气之水蒸气的图表
h’=191.76, h”=2583.7
s’=0. 649 0, s”=8.1481
t
v
h
s
v
h
s
v
h
s
℃ m3/kg kJ/kg kJ/(kg· m3/kg kJ/kg kJ/(kg· m3/kg kJ/kg kJ/(kg·
K)
K)
K)
0 0.0010002 -0.05 -0.0002 0.0010002 -0.05 -0.0002 0.0010002 -0.04 -0.0002 10 130.598 2519.0 8.9938 0.0010003 42.01 0.1510 0.0010003 42.01 0.1510
120 181.426 2725.9 9.6109 36.269 2725.5 8.8674 18.124 2725.1 8.5466
02. 水蒸气的焓熵图
02
水蒸气的焓-熵（h-s）图
水蒸气的t-s图
02
焓熵图
定压线 定温线 定容线 定干度线
斜率
h s n
dh Tds vdp
第七章 水蒸气 之
水蒸气的图表
CONTENTS
01. 水和水蒸气表 02. 水蒸气的焓熵图
01. 水和水蒸气表
01
水蒸气表
1.饱和水和干饱和蒸汽表
01 2.未饱和水和过热蒸汽表
p
0.001 MPa
0.005 MPa
0.01 MPa
饱
ts=6.949 ℃
和 v’=0.001 000 1, v”=129.185
20 135.226 2537.7 9.0588 0.0010018 83.87 0.2963 0.0010018 83.87 0.2963
s’=0. 649 0, s”=8.1481
t
v
h
s
v
h
s
v
h
s
℃ m3/kg kJ/kg kJ/(kg· m3/kg kJ/kg kJ/(kg· m3/kg kJ/kg kJ/(kg·
K)
K)
K)
0 0.0010002 -0.05 -0.0002 0.0010002 -0.05 -0.0002 0.0010002 -0.04 -0.0002 10 130.598 2519.0 8.9938 0.0010003 42.01 0.1510 0.0010003 42.01 0.1510
120 181.426 2725.9 9.6109 36.269 2725.5 8.8674 18.124 2725.1 8.5466
02. 水蒸气的焓熵图
02
水蒸气的焓-熵（h-s）图
水蒸气的t-s图
02
焓熵图
定压线 定温线 定容线 定干度线
斜率
h s n
dh Tds vdp
第七章 水蒸气 之
水蒸气的图表
CONTENTS
01. 水和水蒸气表 02. 水蒸气的焓熵图
01. 水和水蒸气表
01
水蒸气表
1.饱和水和干饱和蒸汽表
01 2.未饱和水和过热蒸汽表
p
0.001 MPa
0.005 MPa
0.01 MPa
饱
ts=6.949 ℃
和 v’=0.001 000 1, v”=129.185
20 135.226 2537.7 9.0588 0.0010018 83.87 0.2963 0.0010018 83.87 0.2963
工程热力学第七章
例1：已知 ：已知p=1MPa，试确定 ，试确定t=100℃、200℃时各 ℃ ℃ 处于哪个状态？各自的h是多少 是多少？ 处于哪个状态？各自的 是多少？ 先查按压力排列的饱和水与饱和水蒸气表， 解：先查按压力排列的饱和水与饱和水蒸气表， 得： p=1MPa，ts(p)=179.88℃ ， ℃ 100℃< ts(p)=179.88℃ 所以为未饱和水 ℃ ℃ 200℃> ts(p)=179.88℃ 所以为过热蒸气 ℃ ℃ 再查按压力和温度排列的未饱和水与过热蒸汽表 h1=419.7kJ/kg h2=2827.5 kJ/kg
焓熵图
h
T C x s
例3：利用蒸气图表，填充下列空白： ：利用蒸气图表，填充下列空白：
p MPa 1 2 3 4 0.02 3 0.5 t ℃ 500 3244 3140 6.780
0.90
h /kJ/kg
s /kJ/(kg.K)
x
过热度℃
例3：利用蒸气图表，填充下列空白： ：利用蒸气图表，填充下列空白：
1.8610kJ/(kg ⋅ K) + 0.9335 × ( 6.8214 − 1.8610 ) kJ/(kg ⋅ K) = 6.4915kJ/(kg ⋅ K) = 2608.4kJ/kg − 0.5 × 106 kPa × 0.35 ×10−3 m3 /kg = 2433.4kJ/kg
∂h 两相区 p T=Const 斜直线 = T > 0 单相区 T ∂s p 向上翘的发散的线形
焓熵图
h pC
C
s
焓熵图的画法(2) 焓熵图的画法
4、定温线 T 、 两相区： 、 一一对应 一一对应， 两相区：T、p一一对应，T 线即 p 线 气相区：离饱和态越远， 气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体 5、等容线 v 、 同理想气体一样， 同理想气体一样， v 线比 p 线陡 6、等干度线 x 、 之间， 在x=0, x=1之间，从C点出发的等分线 之间 点出发的等分线
焓熵图
h
T C x s
例3：利用蒸气图表，填充下列空白： ：利用蒸气图表，填充下列空白：
p MPa 1 2 3 4 0.02 3 0.5 t ℃ 500 3244 3140 6.780
0.90
h /kJ/kg
s /kJ/(kg.K)
x
过热度℃
例3：利用蒸气图表，填充下列空白： ：利用蒸气图表，填充下列空白：
1.8610kJ/(kg ⋅ K) + 0.9335 × ( 6.8214 − 1.8610 ) kJ/(kg ⋅ K) = 6.4915kJ/(kg ⋅ K) = 2608.4kJ/kg − 0.5 × 106 kPa × 0.35 ×10−3 m3 /kg = 2433.4kJ/kg
∂h 两相区 p T=Const 斜直线 = T > 0 单相区 T ∂s p 向上翘的发散的线形
焓熵图
h pC
C
s
焓熵图的画法(2) 焓熵图的画法
4、定温线 T 、 两相区： 、 一一对应 一一对应， 两相区：T、p一一对应，T 线即 p 线 气相区：离饱和态越远， 气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体 5、等容线 v 、 同理想气体一样， 同理想气体一样， v 线比 p 线陡 6、等干度线 x 、 之间， 在x=0, x=1之间，从C点出发的等分线 之间 点出发的等分线
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2.饱和水定压汽化阶段.(ts、PS均不变.）
饱和水→（饱和水+饱和水蒸气）湿饱和蒸汽→干饱和蒸汽 干度 ：把1Kg湿蒸汽中所含蒸汽的质量称为湿蒸汽的干度,用x表示
干饱和蒸汽质量 mv x ＝ 湿饱和蒸汽质量 mv mf
汽化阶段,容器内的温度ts恒定.吸收的热量用于由水变为汽 所需要的能量和对外做膨胀功. 定P下将1Kg饱和液体转变成同温度的干饱和蒸汽所需要的 热量叫汽化潜热.用r表示.单位KJ/Kg
第七章
•
水蒸气
刚刚脱离液态或距液态较近的气体物 质，因其分子间作用力大不能看作理想气体。 如工程中常用的水蒸气、氨气、氟里昂等。水 蒸气是热能工程中使用最早、应用广泛的一种 工质。它具有良好的热力性质，并且廉价、易 得、无污染。 • 本章主要介绍水蒸气的形成过程、状态参 数的确定、水蒸气图表结构和应用及相关计算。
1.零点的规定
焓、内能、熵零点的规定（A点） 国际上统一规定(1963)以纯水在三相点 (纯水的 冰、水和汽) 平衡共存状态下的饱和水作为基准点， 这时的饱和水的u和s都＝0 （饱水—’ 饱气—’’）
T 273.16K 0.01C
u0
s0
但 h u pv 原则上不为0， 对此时的水： m3 p 611.2 Pa v 0.00100022 kg h u pv 0.6 J 0.0006 kJ 0 kg kg
2 汽化
S：饱和 ’’干饱和
1 水预热
3 过热
水蒸气定压发生过程说明
(1) (2)
Q U W U pdV U pV U ( pV ) H
S Sf Sg 0
(3) 理想气体
h f (T )
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
在T-S图中，1及３阶段a１→b1, d1→e1 都是吸热 dT>0 dS>0.图形为右上凹的对数曲线,而２阶段 汽化过程 b1→d1, Ts不变. 是一水平线.在不同的压力下(t0不变)重 复上述试验,可得到一系列的定P下水蒸汽的发生过程. 将各个过程的相应状 态点连接起来,就得到 两条重要的曲线: 饱和液线AC(下界线) a1b1b2b3... (左为液 相,未饱和液区,右为湿 汽区) 饱和汽线BC(上界线) d1d2d3… (右为过热 蒸汽区,左为湿汽区)
干度x 湿蒸汽中含干蒸汽的质量 湿蒸汽的总质量
• •
• • •
X =M气 /(M气 + M水) 1≥ X ≥ 0 对于未饱和水 M气=0 x=0 对于干蒸汽 M水=0 x=1
§７-３ 水和水蒸气状态参数及其图p129 一、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，还需其它参数x（与两相比例有关）
沸腾现象不仅可用加热方法实现，用减压的 方法也可以。若将高温水减压，使其压力降低 到对应热水温度的饱和压力以下时也会达到沸 腾状态。（90℃水内地不沸腾，高原上就是沸 腾的）
7-2. 水蒸气的定压发生过程
一.水蒸气的定压发生过程. (p127图＼板书）
1.水的定压预热阶段. (t0→ts水由不饱和水→饱和水)
7-1 纯物质的相变与相图
物质有三种聚集状态：固态、液态、气态 水的三态： 冰、水、蒸汽
三相之间的变化： 升华 （卫生球） 溶解 汽化
固态
液态
凝固 凝化
气态
液化 （霜）
在一定压力下，对固态冰不断加热，冰将经历三个过程 变为过热水蒸气。 融解过程：冰融化为水 ，冰全部融化之前为冰水两相， 保持融点温度不变。 融点：在一定压力下，固体开始融解时的温度。 汽化过程：水汽化为蒸气，水全部汽化之前为水气两相， 保持沸点温度不变。 沸点：在一定压力下，液体开始汽化时的温度。 过热过程:水全部变为气后再继续加热，蒸气变为过热蒸 气，温度将升高，高于沸点温度。 上述相变过程表示在P—t图上，称为相图。
汽化
因为分子自由热运动，液体表面总有一些较大动能的分子克 服表面张力，脱离液面到自由空间去，所以任何温度下汽化均可 发生。蒸发速度与温度、表面积、液面风速有关。在蒸发过程中， 液面上方的蒸气分子总有可能碰撞液面而返回液体，所以凝结过 程也同样进行。只是一般的蒸发都是在自由空间中进行的，液表 有大量其它气体，蒸气的分子密度小，分压力低，其凝结速度小 于蒸发速度，总的效果是呈蒸发的过程。
的饱和温度ts.水开始沸腾.这时的水叫饱和水.水温低 于饱和水温度的水称为未饱和水,也叫过冷水。
未饱和水,饱和水,湿蒸汽状态,干蒸汽状态,过热蒸汽状态
• 对于湿饱和蒸汽.因为处于饱和状态,其P与T有一一对应
关系,即P、T不是相互独立的状态参数.所以要确定湿蒸 汽的状态,还要知道其中饱和蒸汽或饱和水的含量(与理 想气体不同). 湿蒸汽变为干蒸汽的过程中ts,Ps都不变,但是蒸汽水的 质量都是变化的.要要确定湿蒸汽的状态还需一个参数： 干度X 把1KG湿蒸汽中所含蒸汽的质量称为湿蒸汽的干度,用x 表示. P123
液态 固态
a
ab段 be段 el段
冰的定压加热 b为融点 水的定压加热 e为沸点 气的定压加热
气态
当压力变化时，b,e点位置相 应变化。将不同压力下的融点及 沸点连接起来，就得到融解线AB 和汽化线AC。
AC线上方端点C是临界点.如t>tc,则无论压力多大都不能使它变为 液体。 当压力降低时，AB与AC两线逐渐接近，并交于A点。 A点是固、液、汽三态共存的状态，称为三相点。 若在低于三相点的压力之下对冰定压加热（m点），当t到一 定的值td，冰将从固相直接变为气相． 将不同压力下时对应的升华温度点d相连就得到升华曲线AD。
若蒸发在封闭的容器中进行，随着蒸发的进 行，液面上方的蒸气分子越来越多，其碰撞液面 的机率也越来越多，使凝结速度加快。当蒸发速 度等于凝结速度时，汽、液两相达到动平衡，这 时空间内蒸气分子浓度不再改变，这种两相平衡 状态叫饱和状态。这时相应的有饱和蒸气、饱和 液体、饱和温度ts、饱和压力Ps。 饱和蒸气+饱和水=湿蒸气； 不含饱和水的饱和蒸气叫干饱和蒸气。 Ts与Ps有一一对应的关系：ts=f(Ps) 若Ps变化时，平衡将被打破，然后经一热力过 程达到新的平衡
T
p pc pc
T Tc e3 e2 e1
p
pc
p-v图上的水蒸气定压加热过程
C a3 b3 c3 d 3 e3 T Tc a2 b2 c2 d 2 e2 Tc a1 b1 c1 d1 e1 B A v
p pc
因为全过程压力一定,所以 在P-V图上是一直线 a1→b1 处于未饱和水状态, 水预热过程. b1→d1 湿饱和汽状态 是 饱和水汽化过程. d1→e1 过热汽状态. a1 b1 c1 d1 各点的状态分别 是未饱和水,饱和水,湿饱和 汽 ,干饱和汽,过热汽 (5种）
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
7-1 纯物质的相变与相图
物质有三种聚集状态：固态、液态、气态 水的三态： 冰、水、蒸 汽
自然界中大多数纯物质都以三种聚集态存在： 固相、液相、气相，如CO2、H2O等。物质的 存在状态与它存在的环境有关，如水低温时呈 固态，高温时呈气态。 现以水为例分析纯物质的三态变化。
2．T = 0.01℃，压力为P的未饱和水（点a0）
• ∵水的压缩性小，可以认为水的比容ν与压力P无关 • ∴在t＝0.01 ℃时，不同P下水的比容可近似地认为
•
• • • • •
Байду номын сангаас
相等 νo ＝0.001 m3/kg ∵t同ν同 ∴u也同 u＝f ( T ,ν) ｛u o＝u o’＝0 s也可s o＝s o’＝0 当P不太时，h也可以认为相同 h o＝u o + Poνo≈0 (a o点的s与A点的熵相同) T—S图上两点重合
p pc pc
C
b3 c3 d 3 d2 b2 c2 d1 c1 b1
T Tc e3 e2 e1
B
s
T-s图上的水蒸气定压加热过程
水蒸气的定压发生过程在P-V T-S图上所表示的特征, 归纳为:
• 一点: 临界点 • 二线:饱和液线AC(下界线)
饱和蒸汽线BC(上界线) 交于C点
• 三区:未饱和液体区,湿饱和蒸汽区,过热蒸汽区 • 五种状态:对水加热,水温升高(比容增加),至到P所对应
二、水蒸气的p-v图，T-s图 ｐ127
一点，二线，三区，五态
p
pc
C C a3 b3 c3 d 3 e3 T Tc Tc b3 c3 d 3 a2 b2 c2 d 2 e2 d2 Tc b2 c2 d1 a1 b1 c1 d1 e1 A c1 b1 B B a a a3 1 2 A s v
p pc
基本知识点 水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的 确定、水蒸气图表的结构和应用、水蒸气在 热力过程中功量和热量的计算。
本章重点： 工业上水蒸气的定压生成过程，学会使用水 蒸气热力学性质的图表，并能熟练的运用于 各种热力过程的计算。
一般水蒸气是实际气体!
水蒸气
在空气中含量极小，可当作理想气体 一般情况下，为实际气体，使用图表
T
p pc pc
C
A a1 a2a3
b3 c3 d 3 d2 b2 c2 d1 c1 b1
T Tc e3 e2 e1
B
s
T-s图上的水蒸气定压加热过程
随着压力的升高， 上、下界线相交于C 点.C点被称为临界点, 对应的状态参数为临 界参数(Pc tc vc) 不 T 同物质的临界参数不 同。 当t>tc时,水不可能 呈液态.这时不论压力 多大,也不能使汽液化, A 只能通过降温的方 a1 a2a3 法.(tc等温线右侧为 汽区)
饱和水→（饱和水+饱和水蒸气）湿饱和蒸汽→干饱和蒸汽 干度 ：把1Kg湿蒸汽中所含蒸汽的质量称为湿蒸汽的干度,用x表示
干饱和蒸汽质量 mv x ＝ 湿饱和蒸汽质量 mv mf
汽化阶段,容器内的温度ts恒定.吸收的热量用于由水变为汽 所需要的能量和对外做膨胀功. 定P下将1Kg饱和液体转变成同温度的干饱和蒸汽所需要的 热量叫汽化潜热.用r表示.单位KJ/Kg
第七章
•
水蒸气
刚刚脱离液态或距液态较近的气体物 质，因其分子间作用力大不能看作理想气体。 如工程中常用的水蒸气、氨气、氟里昂等。水 蒸气是热能工程中使用最早、应用广泛的一种 工质。它具有良好的热力性质，并且廉价、易 得、无污染。 • 本章主要介绍水蒸气的形成过程、状态参 数的确定、水蒸气图表结构和应用及相关计算。
1.零点的规定
焓、内能、熵零点的规定（A点） 国际上统一规定(1963)以纯水在三相点 (纯水的 冰、水和汽) 平衡共存状态下的饱和水作为基准点， 这时的饱和水的u和s都＝0 （饱水—’ 饱气—’’）
T 273.16K 0.01C
u0
s0
但 h u pv 原则上不为0， 对此时的水： m3 p 611.2 Pa v 0.00100022 kg h u pv 0.6 J 0.0006 kJ 0 kg kg
2 汽化
S：饱和 ’’干饱和
1 水预热
3 过热
水蒸气定压发生过程说明
(1) (2)
Q U W U pdV U pV U ( pV ) H
S Sf Sg 0
(3) 理想气体
h f (T )
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
在T-S图中，1及３阶段a１→b1, d1→e1 都是吸热 dT>0 dS>0.图形为右上凹的对数曲线,而２阶段 汽化过程 b1→d1, Ts不变. 是一水平线.在不同的压力下(t0不变)重 复上述试验,可得到一系列的定P下水蒸汽的发生过程. 将各个过程的相应状 态点连接起来,就得到 两条重要的曲线: 饱和液线AC(下界线) a1b1b2b3... (左为液 相,未饱和液区,右为湿 汽区) 饱和汽线BC(上界线) d1d2d3… (右为过热 蒸汽区,左为湿汽区)
干度x 湿蒸汽中含干蒸汽的质量 湿蒸汽的总质量
• •
• • •
X =M气 /(M气 + M水) 1≥ X ≥ 0 对于未饱和水 M气=0 x=0 对于干蒸汽 M水=0 x=1
§７-３ 水和水蒸气状态参数及其图p129 一、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，还需其它参数x（与两相比例有关）
沸腾现象不仅可用加热方法实现，用减压的 方法也可以。若将高温水减压，使其压力降低 到对应热水温度的饱和压力以下时也会达到沸 腾状态。（90℃水内地不沸腾，高原上就是沸 腾的）
7-2. 水蒸气的定压发生过程
一.水蒸气的定压发生过程. (p127图＼板书）
1.水的定压预热阶段. (t0→ts水由不饱和水→饱和水)
7-1 纯物质的相变与相图
物质有三种聚集状态：固态、液态、气态 水的三态： 冰、水、蒸汽
三相之间的变化： 升华 （卫生球） 溶解 汽化
固态
液态
凝固 凝化
气态
液化 （霜）
在一定压力下，对固态冰不断加热，冰将经历三个过程 变为过热水蒸气。 融解过程：冰融化为水 ，冰全部融化之前为冰水两相， 保持融点温度不变。 融点：在一定压力下，固体开始融解时的温度。 汽化过程：水汽化为蒸气，水全部汽化之前为水气两相， 保持沸点温度不变。 沸点：在一定压力下，液体开始汽化时的温度。 过热过程:水全部变为气后再继续加热，蒸气变为过热蒸 气，温度将升高，高于沸点温度。 上述相变过程表示在P—t图上，称为相图。
汽化
因为分子自由热运动，液体表面总有一些较大动能的分子克 服表面张力，脱离液面到自由空间去，所以任何温度下汽化均可 发生。蒸发速度与温度、表面积、液面风速有关。在蒸发过程中， 液面上方的蒸气分子总有可能碰撞液面而返回液体，所以凝结过 程也同样进行。只是一般的蒸发都是在自由空间中进行的，液表 有大量其它气体，蒸气的分子密度小，分压力低，其凝结速度小 于蒸发速度，总的效果是呈蒸发的过程。
的饱和温度ts.水开始沸腾.这时的水叫饱和水.水温低 于饱和水温度的水称为未饱和水,也叫过冷水。
未饱和水,饱和水,湿蒸汽状态,干蒸汽状态,过热蒸汽状态
• 对于湿饱和蒸汽.因为处于饱和状态,其P与T有一一对应
关系,即P、T不是相互独立的状态参数.所以要确定湿蒸 汽的状态,还要知道其中饱和蒸汽或饱和水的含量(与理 想气体不同). 湿蒸汽变为干蒸汽的过程中ts,Ps都不变,但是蒸汽水的 质量都是变化的.要要确定湿蒸汽的状态还需一个参数： 干度X 把1KG湿蒸汽中所含蒸汽的质量称为湿蒸汽的干度,用x 表示. P123
液态 固态
a
ab段 be段 el段
冰的定压加热 b为融点 水的定压加热 e为沸点 气的定压加热
气态
当压力变化时，b,e点位置相 应变化。将不同压力下的融点及 沸点连接起来，就得到融解线AB 和汽化线AC。
AC线上方端点C是临界点.如t>tc,则无论压力多大都不能使它变为 液体。 当压力降低时，AB与AC两线逐渐接近，并交于A点。 A点是固、液、汽三态共存的状态，称为三相点。 若在低于三相点的压力之下对冰定压加热（m点），当t到一 定的值td，冰将从固相直接变为气相． 将不同压力下时对应的升华温度点d相连就得到升华曲线AD。
若蒸发在封闭的容器中进行，随着蒸发的进 行，液面上方的蒸气分子越来越多，其碰撞液面 的机率也越来越多，使凝结速度加快。当蒸发速 度等于凝结速度时，汽、液两相达到动平衡，这 时空间内蒸气分子浓度不再改变，这种两相平衡 状态叫饱和状态。这时相应的有饱和蒸气、饱和 液体、饱和温度ts、饱和压力Ps。 饱和蒸气+饱和水=湿蒸气； 不含饱和水的饱和蒸气叫干饱和蒸气。 Ts与Ps有一一对应的关系：ts=f(Ps) 若Ps变化时，平衡将被打破，然后经一热力过 程达到新的平衡
T
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T Tc e3 e2 e1
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p-v图上的水蒸气定压加热过程
C a3 b3 c3 d 3 e3 T Tc a2 b2 c2 d 2 e2 Tc a1 b1 c1 d1 e1 B A v
p pc
因为全过程压力一定,所以 在P-V图上是一直线 a1→b1 处于未饱和水状态, 水预热过程. b1→d1 湿饱和汽状态 是 饱和水汽化过程. d1→e1 过热汽状态. a1 b1 c1 d1 各点的状态分别 是未饱和水,饱和水,湿饱和 汽 ,干饱和汽,过热汽 (5种）
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
7-1 纯物质的相变与相图
物质有三种聚集状态：固态、液态、气态 水的三态： 冰、水、蒸 汽
自然界中大多数纯物质都以三种聚集态存在： 固相、液相、气相，如CO2、H2O等。物质的 存在状态与它存在的环境有关，如水低温时呈 固态，高温时呈气态。 现以水为例分析纯物质的三态变化。
2．T = 0.01℃，压力为P的未饱和水（点a0）
• ∵水的压缩性小，可以认为水的比容ν与压力P无关 • ∴在t＝0.01 ℃时，不同P下水的比容可近似地认为
•
• • • • •
Байду номын сангаас
相等 νo ＝0.001 m3/kg ∵t同ν同 ∴u也同 u＝f ( T ,ν) ｛u o＝u o’＝0 s也可s o＝s o’＝0 当P不太时，h也可以认为相同 h o＝u o + Poνo≈0 (a o点的s与A点的熵相同) T—S图上两点重合
p pc pc
C
b3 c3 d 3 d2 b2 c2 d1 c1 b1
T Tc e3 e2 e1
B
s
T-s图上的水蒸气定压加热过程
水蒸气的定压发生过程在P-V T-S图上所表示的特征, 归纳为:
• 一点: 临界点 • 二线:饱和液线AC(下界线)
饱和蒸汽线BC(上界线) 交于C点
• 三区:未饱和液体区,湿饱和蒸汽区,过热蒸汽区 • 五种状态:对水加热,水温升高(比容增加),至到P所对应
二、水蒸气的p-v图，T-s图 ｐ127
一点，二线，三区，五态
p
pc
C C a3 b3 c3 d 3 e3 T Tc Tc b3 c3 d 3 a2 b2 c2 d 2 e2 d2 Tc b2 c2 d1 a1 b1 c1 d1 e1 A c1 b1 B B a a a3 1 2 A s v
p pc
基本知识点 水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的 确定、水蒸气图表的结构和应用、水蒸气在 热力过程中功量和热量的计算。
本章重点： 工业上水蒸气的定压生成过程，学会使用水 蒸气热力学性质的图表，并能熟练的运用于 各种热力过程的计算。
一般水蒸气是实际气体!
水蒸气
在空气中含量极小，可当作理想气体 一般情况下，为实际气体，使用图表
T
p pc pc
C
A a1 a2a3
b3 c3 d 3 d2 b2 c2 d1 c1 b1
T Tc e3 e2 e1
B
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T-s图上的水蒸气定压加热过程
随着压力的升高， 上、下界线相交于C 点.C点被称为临界点, 对应的状态参数为临 界参数(Pc tc vc) 不 T 同物质的临界参数不 同。 当t>tc时,水不可能 呈液态.这时不论压力 多大,也不能使汽液化, A 只能通过降温的方 a1 a2a3 法.(tc等温线右侧为 汽区)