3-水蒸气的热力性质解析
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”
第三章-3-水蒸气分解
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
第三节
蒸气的热力性质和热力过程
基本知识点
水蒸气的定压产生过程、五种聚集状态；
水蒸气状态参数的确定；
水蒸气热力性质图表的应用；
水蒸气热力过程中功量和热量的计算。
水蒸气是实际气体!
水蒸气
在空气、燃气中含量极小，可当作理想气体处理； 一般情况下距液态较近，为实际气体。
18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质； 内燃机发明，才有燃气工质； 目前水蒸气仍是火力发电、核电、供暖、化工的主要工质。
优点: 便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好。
在热力过程中，经常发生相变，具有五种聚集状态， 其状态变化关系比理想气体复杂得多； 需要使用专门的水蒸气热力性质图表， 确定其状态参数以及进行热力计算。
汽相和液相
过热器 锅 炉 汽轮机
固相不流动，
更关心汽液两相
发电机 凝 汽 器 给水泵
基本概念
c
干饱和蒸汽
d
过热蒸汽
e
(v, 蒸汽的干度x mg mg、mf分别为湿饱和蒸汽中 x mf mg 干饱和蒸汽与饱和水的质量。
H2O的聚集状态及其判别依据
p p
p v0
未饱和水
p
t>ts
p
t<ts v'
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′
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。
第七章 水蒸气
第七章水蒸气第一节 概述一、本章的主要内容及意义水蒸气具有良好的膨胀性能与传热性能，并且资源丰富，易于获得，成本低耗资少，无毒无味，不存在污染环境的问题，是热力工程中应用最广泛的工质。
除水蒸气外，工程上常用的蒸气还有氨蒸气、氟利昂蒸气等。
各种蒸汽的热力学性质尽管各有特点，但具有许多类似之处，其基本概念和分析研究方法是一致的。
因此，水蒸气热力学性质的学习掌握对于其它蒸汽的热力学性质的了解也是有益的。
讨论水蒸气的热力学性质其核心内容就是要讨论水蒸气各参数之间的关系。
在通常情况下，水蒸气分子间的距离较小，分子间的作用力及分子本身的体积不能忽略，其热力学性质与理想气体存在较大差异，不能将理想气体的参数关系式用于水蒸气。
由于水蒸气的参数关系式较复杂，不便于工程应用，从而将水蒸气的热力学参数关系绘制成了图表。
由已知的水蒸气参数求取未知参数通常均是用水蒸气热力学性质图表来查取。
本章的主要内容是水蒸气热力性质的基本概念以及水蒸气热力学性质图表的结构与应用。
这些内容是水蒸气热力过程分析计算所必需的理论基础。
二、概念及术语1、汽化与凝结、蒸发与沸腾热力工程中要求工质具有良好的流动性，从而主要讨论工质的气态或液态，一般不包括固态，所涉及的相变过程主要是气液两相间的汽化与凝结。
由液态变为气态的相变过程称为汽化；由气态变为液态的相变过程称为凝结或液化。
汽化有蒸发与沸腾两种方式。
蒸发是任何温度下，在液体表面缓慢进行的汽化现象。
蒸发是在液体表面一些内动能较大的分子克服表面张力逸出液面变为蒸汽的相变过程。
沸腾是在一定温度下，在液体内部剧烈进行的汽化现象。
沸腾现象中，在液体内部有大量汽泡产生，沸腾也正是因此而得名。
后续内容中的汽化均指沸腾。
2、饱和状态、饱和温度与饱和压力水蒸气在密闭容器内，气、液两相平衡共存的状态称为饱和状态。
饱和状态宏观上是气、液两相在没有外界作用的条件下，不会发生变化的平衡状态；但微观上是气、液两相之间汽化速度与凝结速度相等，即在同一时间内逸出液面的分子与回到液面的分子数目相等的动态平衡状态。
(6)第五章水蒸汽热力性质_热工基础 [兼容模式].
![(6)第五章水蒸汽热力性质_热工基础 [兼容模式].](https://img.taocdn.com/s3/m/241e41e39ec3d5bbfd0a7444.png)
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
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Mc——饱和水线；
Nc——干饱和蒸汽线；
ql ——液体热； q su ——过热热量 ；
r——汽化潜热；
c ——临界点
水蒸气的p-v图（1）
当液体在某一定压力下加热，只
要达到某一相应的温度，液体内 部就开始发生汽化，这种现象叫 做“沸腾”。液体所处的压力愈 高，则其相应的沸腾温度也愈高 汽化潜热 饱和液线、干饱和汽线 临界点C 、临界温度 、临界压力 湿蒸汽 、饱和区
湿饱和蒸汽区状态参数的确定
如果有1kg湿蒸气，干度为x, 即有 xkg饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。
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'
o
3
v"
h'
100 373.15 0.1013250.0010437 1.6738 419.06 2676.3 1.3069 7.3564 200 473.15 1.5551 0.0011565 0.12714 825.4 2791.4 2.3307 6.4289 300 573.15 8.5917 0.0014041 0.02162 1345.4 2748.4 3.2559 5.7038
水蒸气的p-v图（2）
定温线 过热蒸汽 、过热度 两个独立的状态参数可以确 定物质的状态。但在饱和状 态点１′与１″(或２′与２″， ３′与３″)之间，温度、压力 是相应一致的(因为在湿蒸汽 区内压力不变，温度也保持 不变)，在这一区域内，压力 与温度不是彼此独立的参数， 处于饱和状态的液体，蒸汽 或湿蒸汽，若不再给定另一 参数，只有温度和压力，其 状态是无法确定的。湿蒸汽 的状态常用压力(或温度)及 质量含汽率(或称干度)两个 参数来确定。
0.1 2258.2 99.63 0.0010434 1.6946 417.51 2675.7 1.3027 7.3608 1.0 2014.4 179.88 0.0011274 0.19430 762.6 2777.0 2.1382 6.5847 10 1315.8 310.96 0.0014526 0.01800 1408.6 2724.4 3.3616 5.6143
热工基础3——水蒸气的热力性 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
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’’
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’’
t
v
h
0.0 167.4 2611.3 2649.3 2725.4
s
0.0001 0.5729 8.1752 8.3437 8.5479
未饱和水和过热蒸汽表（节录）
p
饱 和 参 数
0.01MPa
ts 45.83
v ' 0.0010102 h ' 191.84 s ' 0.6493 v" 14.676 h" 2584.4 s" 8.1505
0.02MPa
ts 60.09
v ' 0.0010172 h ' 251.46 s ' 0.8321 v" 7.6515 h" 2609.6 s" 7.9092
汽化
水预热
过热
水蒸气的定压发生过程
三个阶段： 水定压预热：未饱和水或过冷水 饱和水定压汽化：从饱和液体到饱和气体。湿蒸 气的干度：x=mv/mv+mw 干饱和蒸汽定压过热；过热蒸气，过热度t=t-ts。
汽化潜热：1kg液体完全变为同温度下的饱和
蒸汽所吸收的热量
水蒸汽的形成过程在p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。 湿饱和蒸汽（湿蒸气）、干饱和蒸汽（干蒸气）、未饱和液 体（温度低于其压力所对应的饱和温度的液体）、过热蒸气
饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）
h" s '/ kJ / s "/ kJ / t / C T / K p / MPa v ' / m / kg m 3 / kg kJ / kg kJ / kg (kg K) (kg K) 0.01 273.16 0.0006110.00100022 206.1750.000614 2501.0 0.0000 9.1562
饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）
p / MPa r
kJ / kg t / C v ' / m / kg m / kg 0.001 2484.5 6.982 0.0010001 129.208 29.33 2513.8 0.1060 8.9756
3
o
3
v"
h'
h" s '/ kJ / s "/ kJ / kJ / kg kJ / kg (kg K) (kg K)
'
已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度x h ,v ,s
临界点和三相点
临界 点 液态区
汽态区
水的临界温度为 374℃，临界压力为 220bar
水和水蒸汽的状态参数图表#
水蒸气的参数一律应该从图或表中差的，而不宜用一些经验公式， 更不能使用理想气体状态方程或从它导出的一些理想气体公式