第六章 水蒸气的热力学性质及过程

水蒸气的p 图和T 三、水蒸气的p-v图和T-s图
p
未 饱 和 水 区
C
过热蒸汽区
T x=1
未 饱 和 水 区
C
过热蒸汽区
x=0
湿蒸汽区
0 v
0
x=0
湿蒸汽区
x=1 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。 4、临界点上的比汽化潜热为零，即汽化在一瞬间完成。
第六章 水蒸气的热力性质和过程
第一节 概述 第二节 水的定压汽化过程和 水蒸气的p 图及T 水蒸气的p-v图及T-s图 第三节 水蒸气表 第四节 水蒸气的h-s图 水蒸气的h 第五节 水蒸气的基本热力过程
基本要求： 基本要求：
1。熟练掌握水蒸汽的有关基本概念： 。熟练掌握水蒸汽的有关基本概念： （1）饱和水（饱和温度、饱和压力） ）饱和水（饱和温度、饱和压力） ）、过热度 （2）过冷度（过冷水）、过热度（过热蒸汽） ）过冷度（过冷水）、过热度（过热蒸汽） （3）液体热、过热热、汽化潜热、干度、临界点 ）液体热、过热热、汽化潜热、干度、 （4） 一点、两线、三区、五态 ） 一点、两线、三区、 2。熟练掌握水蒸汽的热力性质、水定压汽化过程和水蒸汽的 。熟练掌握水蒸汽的热力性质、 P-V图、T-S图 图 图 3。掌握水蒸汽表和利用水蒸汽表进行五态的相关基本计算 。 4。掌握水蒸汽的h-S图和基本热力过程计算 。掌握水蒸汽的 图和基本热力过程计算
例 P=0.5Mpa，v=0.36m3/kg，确定状态，并求出温度、 ，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=151.85°C，v’=0.0010928m3/kg，v”=0.37481m3/kg 湿蒸汽
v − v' x= = 0.96 v"−v'
h’=640.1kJ/kg，h”=2748.5kJ/kg ’ ” s’=1.8604kJ/(kg⋅K)，s”=6.8215kJ/(kg⋅K)
不可逆过程1-2’：
wt =η oi ⋅ wt = h1 − h2' =1114kJ / kg
'
∴h2' = h1 −η oi ⋅ wt = 3317 − 0.9×1238 = 2203kJ / kg
2(kg⋅K)，s2”=8.3952kJ/(kg⋅K) h2’=137.77kJ/kg，h2”=2561.2kJ/kg
第一节 概
理想气体： pv = RT
u = u (T )
述
水蒸汽：------实际气体（不能用理想气体的状态方程） 实际气体的状态方程： 范德瓦尔方程
( p+ a )(v − b) = RT 2 v
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。
c p − cv ≠ R
饱和水
二、水的定压汽化过程
容器中装有1kg水， p = 0.1MPa
0℃ 100℃ 100℃
t a = 0°C
100℃
va = 0.001 m 3 kg
>100℃
va
p
v′
vx
T
v ′′
v
e b c d
a
b c
d
e a
v
s
p T a b va v’ vx v” v c d e v Ts a s0 s’ sx s” s s b c d e
s2 − s2 ' x= = 0.801 s 2 "− s 2 '
h2 = xh2 "+(1− x)h2 ' = 0.801× 2561.2 + (1− 0.801)×137.77 = 2079kJ / kg
wt = h1 − h2 = 3317 − 2079 = 1238kJ / kg
h 1
p1 t1 p2
第五节 水蒸气的基本热力过程
目的：1）初、终状态参数； 2）过程功、热量以及焓、熵的变化量。 h = u + pv q = ∆h + wt q = ∆u + w
w = ∫ pdv
1 2
wt = − ∫ vd p
1
2
q = ∫ Tds
1
2
可逆过程
q p = ∆h 求解步骤：
q v = ∆u
1）根据初态已知条件查图或表得到其他状态参数。 2）根据过程特征和终态参数查图或表得到其他终态参数。 3）根据初、终状态参数求出功、热量以及焓、熵变化量。
p T a b va v’ vx v” v c d e v Ts a s0 s’ sx s” s s b c d e
（4）c：湿蒸汽，饱和水和饱和蒸汽的混合物 t = ts ， p、T 不是独 ：湿蒸汽 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。 干度
一、定容过程（v= 常数 )
体积功 技术功
wv = ∫ pdv = 0
1
2
wt ,v = − ∫ vdp = v( p1 − p 2 )
2 1
q v = u 2 − u1 = (h2 − p 2 v 2 ) − (h1 − p1v1 ) = h2 − h1 − v( p 2 − p1 )
二、定压过程（p= 常数 )
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 按温度排列， t→p, v’，h’，s’， v”，h”，s” 按压力排列， 2. 按压力排列，附表3 p→ts, v’，h’，s’， v”，h”，s” 湿蒸汽： v’，h’，s’ v”，h”，s” x 二、未饱和水与过热水蒸气表 t，p → v， h， s u=h-pv
h2; − h2 ' h2 "− h2 '
x 2' =
= 0.852
s 2 ' = x 2 ' s 2 "+ (1− x 2 ' ) s 2 ' = 7.22321kJ /(kg ⋅ K )
vx
hx
sx
三、计算步骤
1、确定状态 已知（p，t） t >ts 过热蒸汽 ts v <v’ 未饱和水 Sx，hx h t <ts 未饱和水
已知（p，v） v’<v <v” 湿蒸汽 x 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。
h 1 p1 t1 p2
解：可逆过程1-2： P1，t1 h1=3317kJ/kg， s1=6.8204kJ/(kg⋅K)
2
s
s2=s1= 6.8204kJ/(kg⋅K)
P2
s2’=0.4762kJ/(kg⋅K)，s2”=8.3952kJ/(kg⋅K) h2’=137.77kJ/kg，h2”=2561.2kJ/kg
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 图及T 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
饱和蒸汽
相应的温度和压力称为饱 饱 和温度（ 饱和压力， 和温度（ts）和饱和压力 饱和压力 两者一一对应。 ts =f(P)
体积功 技术功
wp =
∫
2
1
pdv = p (v 2 − v1 )
2 1
h
p1 2 t2
w t , p = − ∫ vdp = 0
2
x=1 1 x1 s
= (u 2 + p 2 v 2 ) − (u 1 − p1 v1 ) = h 2 − h1
q p = u 2 − u1 + ∫ pdv = u 2 − u 1 + p (v 2 − v1 )
v x = xv ′′ + (1− x )v ′
u x = xu ′′ + (1− x )u ′
s x = xs ′′ + (1− x )s ′
hx = xh ′′ + (1− x )
（5）e：过热蒸汽，t > ts , 过热度∆t = t- ts , ：过热蒸汽 p、T 是独立的状态参数，单相均匀系= f ( p , T )。
p T a b va v’ p vx
未 饱 和 水 区 x=0
c d
e v Ts a s0 s’
未 饱 和 水 区
e b c d
v” v C
过热蒸汽区
sx s” s
过热蒸汽区
s
T x=1
C
0
蒸汽区
0
x=0
蒸汽区
x=1 s
v （1）饱和水（饱和温度、饱和压力） ）饱和水（饱和温度、饱和压力） ）、过热度 （2）过冷度（过冷水）、过热度（过热蒸汽） ）过冷度（过冷水）、过热度（过热蒸汽） （3）液体热、过热热、汽化潜热、干度、临界点 ）液体热、过热热、汽化潜热、干度、 （4） 一点、两线、三区、五态 ） 一点、两线、三区、
第四节 水蒸气的h-s图 水蒸气的h
h
一、定压线 定压线：dqp = dh， dq = T.ds， 定压线
∂ h ∂ s
X=1
=
p
T
定压预热阶段：向上凹曲的曲线；
C
定压汽化阶段：直线； 定压过热阶段：上凹曲的曲线。
二、定温线 定温线：在湿蒸汽区定压线 定温线 s 就是定温线，因而定温线在湿蒸 因T-s图分析循环有优点，但 T 图分析循环有优点， 汽区为直线；在过热蒸汽区为向 用于计算不方便； h 用于计算不方便；而h-s图用 右凸曲的曲线， 越往右，定温线 作数值计算很方便。 作数值计算很方便。 越趋于水平。 三、定干度线 定干度线：湿蒸汽区不同定压线上干度相同的状态点的 定干度线 连线。