工程热力学第7章 水蒸汽
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工程热力学基础——第七章蒸汽动力循环
第四节 回热循环
一、回热循环的装置系统图和T-S 图 分析朗肯循环，导致平均吸热温度不高的原 因是水的预热过程温度较低，故设法使吸热过程 的预热热量降低，提出了回热循环。 回热是指从汽轮机的适当部位抽出尚未完全 膨胀的压力、温度相对较高的少量蒸汽，去回热 加热器中加热低温冷凝水。这部分抽汽未经凝汽 器，因而没有向冷源放热，但是加热了冷凝水， 达到了回热的目的，这种循环称为抽汽回热循环。
b
5
a
6
（4）
A
图8 再热循环的T-S图
二、再热循环工作原理
从图可以看出，再热部分实际上相当于在原来 的郎肯循环1A3561的基础上增加了一个附加的循环 ab2Aa。一般而言，采用再热循环可以提高3%左右的 热效率。
三、再热循环经济性指标的计算
1、热效率
t
w0 q1
(h1 ha ) (hb h2 )
第七章 蒸汽动力循环
本章重点
水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循 环、热电循环的组成、热效率计算及提高 热效率的方法和途径
第一节 朗肯循环
一、水蒸汽的卡诺循环
1、水蒸汽的卡诺循环的组成，如图1 2、水蒸汽的卡诺循环在蒸汽动力装置中不被应用
原因：
T
（1）、T1不高（最高
不超 374 0 C ），T2不低
(h1
h2
)
(hb
h a
)
2、汽耗率
d 3600
3600
w0 (h1 ha ) (hb h2 )
四、再热循环分析
1、采用再热循环后，可明显提高汽轮机排 汽干度，增强了汽轮机工作的安全性； 2、正确选择再热循环，不仅可提高汽轮机 排汽干度，还可明显提高循环热效率； 3、采用再热循环后，可降低汽耗率； 4、因要增设再热管道、阀门等设备，采用 再热循环要增加电厂的投资，故我国规定 单机容量在125MW及以上的机组才采用此循 环。 [例7-2] 注意，再热后，各经济指标的变化
工程热力学 第七章 气体与蒸汽的流动.
最小截面积 Amin = 20cm2，求临界速度、出口速度、每秒流量及
出口截面积。
解：（1）确定滞止参数
根据初态参数，在h-s图上确定进
口状态点1，为过热蒸汽，cr 0.546。
过1点作定熵线，截取线段 01 的
长度为 h0 h1 c2f 1 / 2 5kJ / kg，点0 即为滞止点，查得：p0 2.01106 Pa，h0 3025kJ / kg 。
流经截面1-1和2-2的质量
流量为 qm1 、qm2 ，流速为c f 1 、 cf 2。 质量守恒：qm1 qm2 qm const
A1cf 1 A2c f 2 Acf const
v1
v2
v
dA dcf dv 0 A cf v
上式适用于任何工质和任何过程（可逆和不可逆）。
（2）确定临界参数
pcr cr p0 2.01106 Pa
定压线与定熵线的交点即为临界
状态点，查得：hcr 2865kJ / kg ， vcr 0.219m3/kg。
（3）确定出口参数
p2 pb 0.1106 Pa
定压线与定熵线的交点即为出口
状态点2，查得：h2 2420kJ / kg，v2 1.55m3/kg。
（2）尺寸计算
●渐缩喷管
A2 qmv2 / c f 2
●缩放喷管
Acr qmvcr / c f ,cr
扩张段的长度：
A2 qmv2 / c f 2
l d2 dmin
2 tan( / 2)
—顶锥角，取10°-12°。
4、计算步骤 ■设计性计算
根据已知条件，选择喷管外形并确定几何尺寸。 ■校核性计算
出口截面积。
解：（1）确定滞止参数
根据初态参数，在h-s图上确定进
口状态点1，为过热蒸汽，cr 0.546。
过1点作定熵线，截取线段 01 的
长度为 h0 h1 c2f 1 / 2 5kJ / kg，点0 即为滞止点，查得：p0 2.01106 Pa，h0 3025kJ / kg 。
流经截面1-1和2-2的质量
流量为 qm1 、qm2 ，流速为c f 1 、 cf 2。 质量守恒：qm1 qm2 qm const
A1cf 1 A2c f 2 Acf const
v1
v2
v
dA dcf dv 0 A cf v
上式适用于任何工质和任何过程（可逆和不可逆）。
（2）确定临界参数
pcr cr p0 2.01106 Pa
定压线与定熵线的交点即为临界
状态点，查得：hcr 2865kJ / kg ， vcr 0.219m3/kg。
（3）确定出口参数
p2 pb 0.1106 Pa
定压线与定熵线的交点即为出口
状态点2，查得：h2 2420kJ / kg，v2 1.55m3/kg。
（2）尺寸计算
●渐缩喷管
A2 qmv2 / c f 2
●缩放喷管
Acr qmvcr / c f ,cr
扩张段的长度：
A2 qmv2 / c f 2
l d2 dmin
2 tan( / 2)
—顶锥角，取10°-12°。
4、计算步骤 ■设计性计算
根据已知条件，选择喷管外形并确定几何尺寸。 ■校核性计算
工程热力学第7章答案
m × 23400 × 0.8 = 20 × (3385.6 −130.2)
m=3.48 吨/小时
7-10 水蒸气进入汽轮机时 p1=10MPa，t1=450℃，排出汽轮机时 p2=8kPa，假设蒸汽在汽 轮机内的膨胀是可逆绝热的，且忽略入口和出口的动能差，汽轮机输出功率为 100MW，求
3
第 7 章 水蒸气
解：
已知： X = 0.8 s' = 0.45kJ / kg ⋅ K γ = 1600kJ / kg T = 200 + 273 = 473K
sx
=
s '+
X
⋅γ T
=
0.45 + 0.8× 1600 473
= 3.156kJ
/(kg ⋅ K )
5kg 工质的熵 S = m ⋅ sx = 5× 3.156 = 15.78kJ / K
p1=0.40MPa 时， v//=0.46246m3/kg p1=0.41MPa 时， v//=0.45184m3/kg 采用内插法得 p2=0.40166MPa，h2=h//=2738.68 kJ/kg t2=ts=143.79℃
u2=h2-p2v2=2738.68-0.40166 × 103 × 0.4607=2553.64 kJ/kg
∴湿饱和状态 x = h − h ' = 1134.3 − 417.5 = 31.78% h ''− h ' 2675 − 417.5
s''= 7.359kJ / kg ⋅ K
s'= 1.303kJ / kg ⋅ K
sx = 1.303 + 0.3178× (7.359 −1.303) = 3.228kJ / kg ⋅ K
m=3.48 吨/小时
7-10 水蒸气进入汽轮机时 p1=10MPa，t1=450℃，排出汽轮机时 p2=8kPa，假设蒸汽在汽 轮机内的膨胀是可逆绝热的，且忽略入口和出口的动能差，汽轮机输出功率为 100MW，求
3
第 7 章 水蒸气
解：
已知： X = 0.8 s' = 0.45kJ / kg ⋅ K γ = 1600kJ / kg T = 200 + 273 = 473K
sx
=
s '+
X
⋅γ T
=
0.45 + 0.8× 1600 473
= 3.156kJ
/(kg ⋅ K )
5kg 工质的熵 S = m ⋅ sx = 5× 3.156 = 15.78kJ / K
p1=0.40MPa 时， v//=0.46246m3/kg p1=0.41MPa 时， v//=0.45184m3/kg 采用内插法得 p2=0.40166MPa，h2=h//=2738.68 kJ/kg t2=ts=143.79℃
u2=h2-p2v2=2738.68-0.40166 × 103 × 0.4607=2553.64 kJ/kg
∴湿饱和状态 x = h − h ' = 1134.3 − 417.5 = 31.78% h ''− h ' 2675 − 417.5
s''= 7.359kJ / kg ⋅ K
s'= 1.303kJ / kg ⋅ K
sx = 1.303 + 0.3178× (7.359 −1.303) = 3.228kJ / kg ⋅ K
第7章 水蒸气
第七章水蒸气Water Vapor 本章问题引导：⏹水蒸气可看作理想气体吗？⏹水蒸气是如何产生的？⏹水蒸气的参数如何确定？⏹水蒸气的过程如何计算？7-1 水蒸气的基本概念18世纪人类发明蒸气机，当时蒸气是唯一工质，目前水蒸气仍是火力发电、核电、供暖等的工质。
优点: 容易获得，便宜，无毒，化学性质稳定，膨胀性能好，传热性能好，对环境友好。
在空气中水蒸气含量极小，分压力很低，可当作理想气体，但当离液态不远或有相变，水蒸气一般应作实际气体处理，水蒸气的基本概念1、汽化——液体转变为气体的过程液化——蒸气或气体转变为液体的过程蒸发——液体表面在任何温度进行的缓慢汽化过程2、饱和状态(Saturation state)—汽化和液化达到动态平衡共存的状态饱和温度与饱和压力3. 临界点4.三相线凝固时体积膨胀物质的p-v-T曲面⏹一定的饱和温度总是对应着一定的饱和压力；一定的饱和压力也总是对应着一定的饱和温度⏹饱和温度愈高，饱和压力也愈高饱和温度T s 饱和压力ps一一对应Tspsp s=1.01325bar T s =100 ℃青藏高原p s=0.6bar T s =85.95 ℃高压锅p s=1.6barT s =113.32 ℃Saturation state水cr o cr3cr 22.064MPa647.14K (373.99C)m 0.003106kgp T v ===水的临界点参数饱和液线与饱和汽线的交点气液两相共存的p max ,Tmax临界点水的三相点tp tp 611.2Pa, 273.16Kp T ==t < t s t = t s t = tst = t s t > t s未饱和水饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽预热汽化过热7-2 水定压加热汽化过程水定压加热汽化过程的p -v图及T-s图一点临界点Critical point 两线饱和蒸汽线饱和水线三区液汽液共存汽五态未饱和水饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽7-3 水和水蒸气的状态参数⏹水和水蒸气的状态参数包括p 、v 、T 、h 、s 、u 等，其中h 、s 、u 常需要确定的是它们的变化量。
工程热力学第七章第一部分水蒸汽ppt课件
汽化: 由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化)
Vaporization
蒸发：汽液表面上的汽化 沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化
Boil (气体和液体均处在饱和状态下)
饱和状态Saturation state
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
Saturation temperature 饱和温度Ts 一一对应 饱Sa和tu压ra力tiopns pressure
六个区：三水个的单热相力区、学三面个两相区
单相区
液
p
气
固--液
p
两相区
液--气
T
Tห้องสมุดไป่ตู้
固
v
固--气 v
饱和线、三相线和临界点
Saturation line Triple line
饱和液线
临界点
p
饱和气线
三相线
饱和固线
ptp
v
611.2Pa,TTtp
273.16K
四个线：三个饱和线、一个三相线
一个点：临界点
未饱和液，过冷液 Subcooled liquid 压缩液 Compressed liquid
饱和液 Saturated liquid
饱和湿蒸气
Saturated liquid-vapor mixture 饱和蒸气 Saturated vapor 过热蒸气 Superheated vapor 汽化潜热 Latent heat of Vaporization
3. 水蒸气图表的结构和应用
4. 水蒸气热力过程
蒸汽 水蒸气 Steam Vapor
蒸气
§ 7-1 纯物质的热力学面及相图
Pure substance Solid Liquid Gas
Vaporization
蒸发：汽液表面上的汽化 沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化
Boil (气体和液体均处在饱和状态下)
饱和状态Saturation state
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
Saturation temperature 饱和温度Ts 一一对应 饱Sa和tu压ra力tiopns pressure
六个区：三水个的单热相力区、学三面个两相区
单相区
液
p
气
固--液
p
两相区
液--气
T
Tห้องสมุดไป่ตู้
固
v
固--气 v
饱和线、三相线和临界点
Saturation line Triple line
饱和液线
临界点
p
饱和气线
三相线
饱和固线
ptp
v
611.2Pa,TTtp
273.16K
四个线：三个饱和线、一个三相线
一个点：临界点
未饱和液，过冷液 Subcooled liquid 压缩液 Compressed liquid
饱和液 Saturated liquid
饱和湿蒸气
Saturated liquid-vapor mixture 饱和蒸气 Saturated vapor 过热蒸气 Superheated vapor 汽化潜热 Latent heat of Vaporization
3. 水蒸气图表的结构和应用
4. 水蒸气热力过程
蒸汽 水蒸气 Steam Vapor
蒸气
§ 7-1 纯物质的热力学面及相图
Pure substance Solid Liquid Gas
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-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
工程热力学水蒸汽的热力性质
v ′和v ″
的大小！
为什么水的汽化阶段除了压力不变，温度也保持不变呢？
13
湿蒸汽的干度
干度x：湿蒸汽中饱和蒸汽所占的质量百分比。
mV 湿蒸汽中饱和蒸汽的质量 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； 湿蒸汽：0<x<1；
饱和水的x=0； 干蒸汽的x=1
14
3、过热阶段参数变化特点
干饱和蒸汽
过热蒸汽
p 定值 t ts v s h
p 定值
ts t v v s s h h
t v s h
15
过热度： D = t - ts
水蒸气定压产生过程中热量的计算
饱和状态参数 饱和压力：在饱和状态下的水和水蒸汽的压力pS 饱和温度：在饱和状态下的水和水蒸汽的温度tS 饱和状态的特点：
①汽水共存；
ps 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
饱和压力 0.005MPa 1atm 1MPa 20MPa
34
例题分析
例5-2 已知：水泵进口pg=0.05MPa，t=115℃， 设pb=0.1MPa.试判断水泵进口水汽化没有？
解：根据p=pg+pb=0.15MPa，查得ts=111.378℃.
而t=115℃>ts，表明水泵进口水已沸腾汽化，还稍 为有点过热。（汽蚀现象）
35
例题分析
例5-3 某汽轮机排汽压力为p=10kPa，x=0.92，试计算该蒸
的大小！
为什么水的汽化阶段除了压力不变，温度也保持不变呢？
13
湿蒸汽的干度
干度x：湿蒸汽中饱和蒸汽所占的质量百分比。
mV 湿蒸汽中饱和蒸汽的质量 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； 湿蒸汽：0<x<1；
饱和水的x=0； 干蒸汽的x=1
14
3、过热阶段参数变化特点
干饱和蒸汽
过热蒸汽
p 定值 t ts v s h
p 定值
ts t v v s s h h
t v s h
15
过热度： D = t - ts
水蒸气定压产生过程中热量的计算
饱和状态参数 饱和压力：在饱和状态下的水和水蒸汽的压力pS 饱和温度：在饱和状态下的水和水蒸汽的温度tS 饱和状态的特点：
①汽水共存；
ps 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
饱和压力 0.005MPa 1atm 1MPa 20MPa
34
例题分析
例5-2 已知：水泵进口pg=0.05MPa，t=115℃， 设pb=0.1MPa.试判断水泵进口水汽化没有？
解：根据p=pg+pb=0.15MPa，查得ts=111.378℃.
而t=115℃>ts，表明水泵进口水已沸腾汽化，还稍 为有点过热。（汽蚀现象）
35
例题分析
例5-3 某汽轮机排汽压力为p=10kPa，x=0.92，试计算该蒸
第7章水蒸汽
第七章水蒸汽水蒸汽是人类在热力发动机中最早应用的工质，虽然后来也应用其他的工质，但是由于水蒸汽易于获得，价格低廉、无污染等优点，至今仍然是工业上广泛使用的工质。
水蒸汽在某些条件下可以当做理想气体来处理，例如空气中的水蒸汽，内燃机燃气中的水蒸汽等，由于水蒸气的分压力比较低或者温度较高，当做理想气体来处理不会有太大的偏差，但是大多数情况下我们使用的水蒸汽离液态不远，分子间的作用力和分子本身的体积不可忽略，因此不能当做理想气体来处理。
水蒸汽的热力性质比理想气体复杂的多，不能用简单的公式来计算，在工程计算中，不能单纯的利用数学方法计算，而是采用查取图表的方式来解决，这些图表是理论分析与实验相结合的方法，得出水蒸汽热力性质的复杂公式，由计算结果经过实验验证编制而成的。
本章主要介绍水蒸汽产生的一般原理，水蒸汽参数的确定，水蒸汽图表的结构和应用，计算水蒸汽在热力过程中传递的功和热量。
7．1 水的相变及相图一、饱和温度和饱和压力液体分子和气体分子一样处于紊乱的热运动中，当液体分子处于一个能够承受一定压力的容器中时，随时有液体表面附近的动能较大的分子克服表面张力扩散到上部空间，同时，上部空间的蒸汽分子也会与液面碰撞而回到液面，凝成液体。
这就是气化（蒸发）与液化（凝结）的过程。
气化时，分子带走了液体的能量，液体内分子的平均动能减小，气化速度降低，要维持气化的持续进行，就需要加热来提供热量。
可见，气化速度取决于液体的温度。
液化过程取决于上部蒸汽分子的压力，蒸汽分子越多，蒸汽压力也就越大，与液面碰撞的几率越大。
气化与液化到一定程度时会达到动态平衡，此时的状态称为饱和状态。
上部的蒸汽称为饱和蒸汽，饱和蒸汽的压力称为饱和压力，下部液体称为饱和液体，温度叫做饱和温度。
饱和温度和饱和压力一一对应。
若温度变化，气化速度会发生变化，会达到新的平衡状态。
饱和蒸汽的特点是，在一定容积下，不能再含有更多的蒸汽，如果再有蒸汽加入，就必定有一部分蒸汽凝结，饱和蒸汽致命由此而来。
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特点：定温定压，汽液相共存，相变潜热
为 其中
Tl s" s' 或 h h" h'
s”—干饱和水蒸汽熵 s’—饱和水的熵
h”—饱和水蒸汽焓 h’—饱和水的焓
（Ⅲ）定压过热阶段—加入的热量用于增加
水蒸汽的焓
设加热终了水蒸汽的温度为t，则
qg
t
ts Cp,g dt Cp,g
t ts
时的状态。
水处于三相态时
t0 0.010 C, p0 0.6112kPa 611.2Pa
v0' 0.001m3 / kg, u0' 0, s0' 0, h0' 0 这里，规定三相态时饱和水的内能 u' 0, 熵s' 0
（1）温度为ts℃，压力为P的饱和水参数：该参数落
在水蒸汽图表X=0的下界线上，可查饱和水
RT
其中，a、b称为范德瓦尔斯常数
实际气体方程（Ⅱ）——维里方程
pv
RT 1
B v
C v2
D v3
B、C、D…为待定系数，一般也由实验测定 实际气体方程（Ⅲ）——卡洛维奇方程 卡洛维奇方程式：
p
a v2
v b
R T 1
c
3 2 m
vT 2
其中a、b、m由实验待定。 实际气体方程（Ⅳ）——严家禄方程，写成
第七章 水蒸汽
7-0 概论
①复习理想气体——
气体分子元体积 分子间不计相互作用力
理想气体状态方程 pv RT p RT v 气体分子本身有体积（特别是P大时）
②实际气体——水蒸汽 分子间相互作用力明显
p
RT vb
a v2
——实际气体的范德瓦尔斯方程
修正容积 修正作用力
或写成
p
a v2
v
b
过热蒸汽
7-2-2 水蒸汽定压发生过程的热量计算
（Ⅰ）水的定压预热—液体加热阶段
ql
ts 0
C p dt
Ts 273.15
C
p
dt,
其中C
p
4.187 kj / kg k
定压过程热交换量=液体焓的增加
则 ql h h' h0
h’—饱和水焓 h0—温度为t0时的焓
（Ⅱ）饱和水的定压汽化过程—相变阶段
7-2 水的定压加热汽化（水蒸汽的产生） 过程—三个阶段、五种状态
①液体加热阶段：处于液态，吸收的热量称 为液体热，用ql表示， ql cp,l t ②阶段Ⅱ—汽化阶段：发生相变，由液态水 →汽态水，特点是定温定压，一定的压力 对应于一定的饱和温度，吸收的热量为汽
化前热 q m
③阶段Ⅲ—过热阶段：处于气态，吸收的热 用于加热蒸汽，蒸汽的温度高于该压力下 的饱和温度。
ml mg
其中，mg—湿蒸汽中饱和蒸汽质量 ml—湿蒸汽中饱和水质量
显然 X+ Y=1 状态4—干饱和蒸汽：这时 t ts , X 1
全部水均汽化为水蒸汽
状态5—过热蒸汽：这时蒸汽的温度高于它 的压力所对应的饱和温度，用
过热度表示两者之关系 t t ts
A ——三相点 C ——临界点 s ——饱和点
和水蒸汽图表获得。其中，饱和水的熵s’的
计算为
s'
C ts
t0 p,l
dT T
4.1868ln Ts 273.16
（2）压力为P的干饱和蒸汽参数：可查T-s图 上X=1上界线的参数和附表饱和水和水蒸汽 图表求得，其参数的计算为： h" h' ;u" h" pv"; s" s'Tr
3
vr A
3
9
Tr
8 vr A
2
A f Zc
Zc
pcvc RTc
——临界压缩因子
7-1 水蒸汽的产生过程—若干概念
a. 气化：水由液相转变为汽相的过程
b. 凝结：由汽相变为液相的过程，气化的逆过程
c. 沸腾：液相内部汽化过程，一般只有达到沸点时 才发生
d. 临界温度（tc）：当水的温度超过一定的温度时， 液相不可能存在，而只能存在气相，此时的温度 称为临界温度
e. 临界压力（pc）：与临界温度tc相对应的饱和压力 称为临界压力pc ，水的临界点参数为：
pc 22.115MPa,tc 374.120C, hc 2095kj / kg vc 0.003147m3 / kg, sc 4.4237kj / kg
f. 饱和状态：进入界面和离开界面的水蒸汽 分子数相等时，水蒸汽的压力自动稳定在 一定的数值上，水蒸汽与水组成的系统处 于平衡状态，这时，气化与凝结处于动态 平衡，该状态称为饱和状态。对于水，存 在饱和 水状态和饱和水蒸汽状态。处于饱 和状态的压力称为饱和压力ps，处于饱和状 态的温度称为饱和温度ts
一般地，ts f ps 写成 ts 178.74 ps 0.6 ps
其中，ts既可以是饱和蒸汽温度，亦可以是饱和 液体温度
g. 三相点：当水的压力低于某一数值时，液相不 可能存在，而仅可能是气相或固相
pA——三相点压力，tA——三相点温度 水的三相点压力和温度分别是：
tpAA267131.1.666KPa
过热阶段习惯上用过热度来表示蒸汽。
过热度 t t ts
五种状态：
状态1—未饱和水状态，特点是温度低于该
压力下所对应的饱和水的温度
状态2—饱和水状态：这时水的温度为该压
力下的饱和温度
状态3—湿蒸汽状态：汽化过程，处于汽液
两相共存状态，引入干度和湿度概
念
干度，X mg ；湿度，Y ml
ml mg
水→水蒸汽的三个阶段 五种状态，在T-S 图上表示为：
水蒸汽的P-V图和T-S图：
a→b液体加热
b→c →d汽化 d→e过热
T-S图上，X=1 为饱和蒸汽线，上界线
X=0 为饱和液体线，下界线
水蒸汽的定压发生过程概括为：
一点——三相点 两线—— 上界线 下界线
液
三区 汽
固
五态
未饱和液 饱和液 湿蒸汽 饱和蒸汽
t
△t——过热度
对于定压过程 q" h h"
其中
h—压力为p温度为t时水蒸汽的焓 h”—压力为p温度为ts时水蒸汽的焓
则，由0℃的水定压加热至t过热蒸汽所需要
加热量为
q q' q" h'h0 h"h' h h"
h h0
7-3 水蒸汽图表
7-3-1 水和水蒸汽的状态参数计算 三相点：当P<PA时，液相不可能存在，只 能存在气、固相。PA—三相点压力 三相态：纯水在冰、水和汽三相平衡共存
ts f ps
（3）压力为P的湿饱和蒸汽：由于 ts f ps
即饱和压力与饱和温度一一对应，不是独立的
参数，故必须再知道一个表示湿蒸汽成分的参