工程热力学第7章水和水蒸气的性质
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工程热力学第7章 水蒸汽
vx hx sx u x x v x h xs
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v x v v 1 x h h x h h 1 x s s x s s
1 x v '
'
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'
h x pv
g
ml m g
；湿度，
Y
l
ml m g
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 t , 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 t s
x
（4）压力为P的过热蒸汽，确定过热蒸汽的状
态，除压力外，还应知道其过热度（△t）， 则过热蒸汽 焓 内能
h h
"
C pv
p ,g
t
ts
h
"
C
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t
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T
C
dT
p ,g
Ts
T T
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T Ts
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（4）压力为P的过热蒸汽，确定过热蒸汽的状
态，除压力外，还应知道其过热度（△t）， 则过热蒸汽 焓 内能
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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。
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 课件 第七章 水蒸气
T dT c Ts p T
7-4 水蒸汽表和图
➢ 水蒸汽表
▪ 饱和水和干饱和蒸汽表 按温度排列，列出ps、v'、v"、h'、h"、γ、s'、s" 按压力排列，列出ts、v'、v"、h'、h"、γ、s'、s" u = h - pv
▪ 未饱和水和过热蒸汽表 以温度和压力为独立变数，列出未饱和水和过热蒸 汽的v、h、s
wt h h1 h2
➢ 水蒸汽从初态(p1,t1)定压冷却到终态(p1,x2)的 定压过程
➢ 水蒸汽从初态(p1,t1)可逆绝热膨胀到p2的过程
➢ 水蒸汽的绝热过程写成pvk=定值的形式
取过热蒸汽的k=1.3 干饱和蒸汽的k=1.135 湿蒸汽的k=1.035+0.1x
此法计算误差很大
ux hx pvx
或 hx h x
或
sx
s x
Ts
➢ 压力为p的过热蒸汽
▪ 一定压力下的过热蒸汽t、v、h、s、u均大于同 压力下饱和蒸汽的相应数值
过热度 △t = t – ts
过热热量
T
qsup Ts cpdT
h h qsup
s
Ts c dT
T T 273.16K s
h h
u h pv
s s
Ts
▪ h'随ts及p的增大而增大，γ则反之（见图7-6）
➢ 压力为p的湿饱和蒸汽
▪ 湿蒸汽的压力与温度为饱和压力和饱和温度，h、 s、u、v的值均介于饱和水和饱和蒸汽各相应参 数之间
vx xv 1 xv
p不太大时， vx xv
hx xh 1 xh sx xs 1 xs
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。
工程热力学课件第七章水蒸气
化学性质
水蒸气在化学上与液态水和固态水一样，都 是H2O分子。
环境影响
水蒸气是一种温室气体，它对全球气候变化 产生了影响，我们应该注意保护环境，减少 有害气体的排放。
水蒸气的状态图
相图
了解水蒸气的相图可以帮助我 们预测和掌握其不同相态。
三态转换
了解水的三态转换过程可以帮 助我们更好地理解各种各样的 水蒸气形态。
太阳能热水器是在水箱内加热 分离后高温的水蒸气然后驱动 冷凝器制得，是清洁能源的重 要组成部分。
水蒸气在环境保护中的应用
1
空气污染控制
水蒸气可以帮助我们减轻空气污染的
绿色能源
2
程度，还可以减少工业生产和汽车排 放带来的危害。
水蒸气等清洁能源对地球环境和生态
构成的污染较少，能够更好地满足社
会的能源需求。
关于制热
制热是一个热力学概念，可以通过使用水蒸 气完成。掌握这一点可以帮助我们更好地理 解湿润空气带来的感觉和效果。
水蒸气的制热技术
蒸发制冷
水蒸气的蒸发制冷技术广泛应 用于各种生产和生活场合，带 来了很多便利和效益。
汽轮机制热
太阳能热水器
汽轮机是重要的制热设备之一， 使用高温高压的水蒸气来驱动 涡轮机，然后获得能量。
3
其他定律
热力学学说中涵盖了很多重要的定律和原理，这些定律和原理对于我们理解水蒸 气的作用和应用有着重要的启示。
从饱和蒸汽线到湿空气
饱和蒸汽线
饱和蒸汽线是研究水蒸气特性 的重要工具，它可以帮助我们 更好地理解空气和水蒸气的相 互作用。
湿空气图
湿空气图是研究空气湿度和温 度关系的重要工具，它可以帮 助我们更好地掌握工业生产过 程中的水蒸气应用。
工程热力学-ch7 水蒸气
第7章 水蒸气
第四节
水蒸气的基本过程
第7章 水蒸气
• 水蒸汽基本过程
定容、定压、定温及定熵四种 求解任务 与解理想气体的过程一样，要求：
1、初态和终态的参数； 2、过程中的热量和功。
第7章 水蒸气
利用图表分析、计算水蒸气的步骤： 1、根据初态的两个已知参数，从表或图中
查得其他参数。 2、根据过程特征及一个终态参数确定终态，
二、水蒸气表 水蒸气表
• 饱和水及干饱和蒸气表 • 未饱和水及过热蒸气表
查表
判断工质所处的状态 查相应的表或进行相应的计算
第7章 水蒸气
• 情况一：已知（p,t）
查饱和表得已知压力（或温度）下的饱和温度
ts(p)（或饱和压力ps(t) ）：
t ts ( p) t ts ( p) t ts ( p)
• 预热阶段 • 汽化阶段 • 过热阶段
第7章 水蒸气
水蒸气定压发生过程图
预热
蒸发
过热
第7章 水蒸气
• 预热阶段
状态及状态参数： 未饱和水（过冷水）
p const. t ts v v s s h h
饱和水
p const. t ts v v s s h h
第7章 水蒸气
• 汽化阶段
在湿蒸气区干度及其它参数的的计算：
x y y y y
v v x(v v) s s x(s s) h h x(h h)
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'
u0 0 kJ / kg s0 0 kJ /(kg K ) Q v0 0.00100021 m3 / kg h0 u0 p0v0 0 kJ / kg
工程热力学第7章 习题提示和答案
h2 = 3275 kJ/kg 、 t2 = 406 oC 、 v2 = 0.245 m3/kg ； cf 2 = 621.3m/s ； qm = 0.51kg/s 。
63
第七章 气体和蒸汽的流动
7-14 压力p1 =2MPa，温度t1 =500℃的蒸汽，经拉伐尔喷管流入压力为pb =0.1MPa的大空间 中，若喷管出口截面积A2=200mm2，试求：临界速度、出口速度、喷管质量流量及喉部截面积。
提 示 和 答 案 ： 同 上 题 。 ccr = 621.3m/s 、 cf 2 = 1237.7m/s 、 qm = 0.1383kg/s 、
Acr = 0.545×10−4 m2 。
7-15 压力p1 = 0.3MPa，温度t1 = 24℃的空气，经喷管射入压力为0.157MPa的空间中，应
用何种喷管？若空气质量流量为 qm = 4kg/s，则喷管最小截面积应为多少？
提示和答案：蒸气（如水蒸气、氨蒸气等）在喷管内流动膨胀其参数变化只能采用据第 一定律、第二定律直接导出的公式，不能采用经简化仅理想气体适用的公式。同时还要注意
判定蒸气的状态。本题查氨热力性质表，得 h1 和 v2 ，据能量方程，求得 h2 ，发现 h ' < h2 < h" ， 判定出口截面上氨为湿饱和蒸气，计算 x2 和 v2 后，求得 A2 = 8.58×10−6 m2 。
第七章 气体和蒸汽的流动
第七章 气体和蒸汽的流动
习题
7-1 空气以 cf = 180m/s 的流速在风洞中流动，用水银温度计测量空气的温度，温度计
上的读数是 70℃，假定气流通在温度计周围得到完全滞止，求空气的实际温度（即所谓热力 学温度）。
提示和答案： T* = T1 + cf2 /(2cp ) ，注意比热容的单位。 t1 = 53.88 o C
63
第七章 气体和蒸汽的流动
7-14 压力p1 =2MPa，温度t1 =500℃的蒸汽，经拉伐尔喷管流入压力为pb =0.1MPa的大空间 中，若喷管出口截面积A2=200mm2，试求：临界速度、出口速度、喷管质量流量及喉部截面积。
提 示 和 答 案 ： 同 上 题 。 ccr = 621.3m/s 、 cf 2 = 1237.7m/s 、 qm = 0.1383kg/s 、
Acr = 0.545×10−4 m2 。
7-15 压力p1 = 0.3MPa，温度t1 = 24℃的空气，经喷管射入压力为0.157MPa的空间中，应
用何种喷管？若空气质量流量为 qm = 4kg/s，则喷管最小截面积应为多少？
提示和答案：蒸气（如水蒸气、氨蒸气等）在喷管内流动膨胀其参数变化只能采用据第 一定律、第二定律直接导出的公式，不能采用经简化仅理想气体适用的公式。同时还要注意
判定蒸气的状态。本题查氨热力性质表，得 h1 和 v2 ，据能量方程，求得 h2 ，发现 h ' < h2 < h" ， 判定出口截面上氨为湿饱和蒸气，计算 x2 和 v2 后，求得 A2 = 8.58×10−6 m2 。
第七章 气体和蒸汽的流动
第七章 气体和蒸汽的流动
习题
7-1 空气以 cf = 180m/s 的流速在风洞中流动，用水银温度计测量空气的温度，温度计
上的读数是 70℃，假定气流通在温度计周围得到完全滞止，求空气的实际温度（即所谓热力 学温度）。
提示和答案： T* = T1 + cf2 /(2cp ) ，注意比热容的单位。 t1 = 53.88 o C
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(气体和液体均处在饱和状态下)
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
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
放掉一些水，Ts不变， ps？
Ts
ps
ps=1.01325bar
青藏ps=0.6bar 高压锅ps=1.6bar
Ts=100 ℃ Ts=85.95 ℃
Ts=113.32 ℃
s " / kJ / ( kg K )
0.001 248.45 6.982 0.0010001 129.208 29.33 251.380.10608.9756
0.1 225.28 99.63 0.00104341.6946 417.51 267.751.3027 7.3608 1.0 201.4 179.88 0.0011274 0.19430 762.6 277.072.13826.5847
水的热力学面
单相区
液
p
气
固--液
p
两相区
液--气
T
T
固
v
固--气 v
六个区：三个单相区、三个两相区
饱和线、三相线和临界点
饱和液线
临界点
p
饱和气线
三相线
饱和固线
T v
四个线：三个饱和线、一个三相线
一个点：临界点
思考题
1. 溜冰冰刀 2. 北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相 3. 有没有500ºC的水？ 没有。t>374.16 ℃ 4. 有没有-3 ℃ 的蒸汽？ 有 5. 一密闭容器内有水的汽液混合物，对其
s
v
0.0001 0.5729 8.1752 8.3437 8.5479
0.0010002 0.0010078 0.0010171
8.119 9.052
h
0.0 167.5 251 .1 264.78 272.4
s
0.0001 0.5721 0.8310 8.0205 8.2261
表的出处和零点的规定
水蒸气的定温过程
实际设备中很少见
p
C
T
Tc T
远离饱和 线，接近 于理想气 体
v
水蒸气的定温过程
可逆过程：
理想气体 12’
qTdsTs
T wt qh
h
测量干度原理 绝热节流
1
2
2
1
2’
s
s
水蒸气的定容过程
实际设备中不常见
p 2
1 v
水蒸气的定容过程
T
h
v
vp
2p
2 T
1
1
s
s
v
1 2’
水蒸气的绝热过程
汽轮机、水泵
q=0
T
可逆过程： s
1
wt h1 h2
p1
不可逆过程：
p2 22’ s
wt h1 h2'
水蒸气的绝热过程
汽轮机、水泵 q = 0
h
h1
1
p1
h2’
h2
p2 22’
s
可逆过程： s
wt h1 h2
不可逆过程
wt h1 h2'
透平内效率
oi
h1 h2 ' h1 h2
h" 258.4 s" 8.1505
0.172v" 7.6515
h' 251.46
h" 260.96
s' 0.8321
s" 7.9092
tv
0 0.0010002 40 0.0010078 60 15.34 80 16.27 120 18.12
h
0 .0
s < s’ s = s’ s ’< s <s’’ s = s’’ s > s’’
水预热
汽化
过热
水蒸气定压发生过程说明
(1) QUWUpdV
UpVU(pV)H
(2) SSf Sg0
只有熵加热时永远增加
(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' 汽化潜热
(4) 未饱和水 过冷度 t过冷ts t 过冷水
h ,v ,s
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
饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）
t / oC
T/K
p / MPa
v'
/
m3
/
k
v"
g
m
3
/
k
g
h'
h"
s ' / kJ /
kJ / kg kJ / kg ( kg K )
s " / kJ / ( kg K )
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
§ 7-1 纯物质的热力学面及相图
物质有三种聚集状态：固态、液态、气态 水的三态：冰、水、蒸汽
热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态 的曲面
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
两相比例由干度x确定
定义 x干 湿 饱 饱 和 和 蒸 蒸 汽 汽 质 质 量 量 ＝ m vm vm f
干饱和蒸汽
饱和水
对干度x的说明： x = 0 饱和水 x = 1 干饱和蒸汽 0≤x ≤1 在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义
d
3d
2
c1
d1
e1 B
s
§7-4 水和水蒸气状态参数及其图表
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
1875年，吉布斯提出了吉布斯相律
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
pv RT u f (T) h f (T)
cp cv R
scplnTT12
Rln
p2 p1
cp
k
k 1
R
cv
1 k 1
R
水蒸气的定压过程
锅炉、换热器
qhvdp
q = h
wt = 0
p
例：锅炉中，水从30℃ ，
4MPa, 定压加热到450 ℃
ts(4MPa)=250.33℃
13
2
4
q = h2-h1
如何在图上表示功和热
p-v图（示功图）：面积代表功 T-s图（示热图）：面积代表热
能否用线段表示热和功
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）
C点为分界点，不在极值点上
3、等压线群：p
qTdsdhvdp
h s pC
TC
0
h s
p
T
0
两相区 单相区
0.02M Pa
ts 60.09 v' 0.0010172v" 7.6515
h' 251.46
h" 260.96
s' 0.8321
s" 7.9092
tv
0 0.0010002 40 0.0010078 60 15.34 80 16.27 120 18.12
h
0 .0
167 .4 261.13 264.93 272.45
300 573.15 8.5917 0.00140410.02162134.54 274.483.25595.7038
饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）
p / MPa
r kJ
/ kg
t / oC
v'
/
m3
/
k
v"
g
m
3
/
k
g
h' kJ
h" / kg kJ
/ kg
s ' / kJ / ( kg K )
§7-3 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’’
h
C
T
x s
§7-5 水蒸气的热力过程
热力过程： p s T v
任务： 确定初终态参数，
计算过程中的功和热 在p-v、T-s、h-s图上表示
注意理想气体过程的区别
第一定律与第二定律表达式均成立
qduw
qdhwt
dsiso 0
可逆
w pdv
wt vdp
q Tds
理想气体特有的性质和表达式不能用
10 1315.8 310.960.00145260.01800140.86 272.43.36165.6143
未饱和水和过热蒸汽表（节录）
p
0.01MPa
饱
ts 45.83
和 v' 0.0010102v" 14.676
参 h' 191.84 数 s' 0.6493
h" 258.4 s" 8.1505
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
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
放掉一些水，Ts不变， ps？
Ts
ps
ps=1.01325bar
青藏ps=0.6bar 高压锅ps=1.6bar
Ts=100 ℃ Ts=85.95 ℃
Ts=113.32 ℃
s " / kJ / ( kg K )
0.001 248.45 6.982 0.0010001 129.208 29.33 251.380.10608.9756
0.1 225.28 99.63 0.00104341.6946 417.51 267.751.3027 7.3608 1.0 201.4 179.88 0.0011274 0.19430 762.6 277.072.13826.5847
水的热力学面
单相区
液
p
气
固--液
p
两相区
液--气
T
T
固
v
固--气 v
六个区：三个单相区、三个两相区
饱和线、三相线和临界点
饱和液线
临界点
p
饱和气线
三相线
饱和固线
T v
四个线：三个饱和线、一个三相线
一个点：临界点
思考题
1. 溜冰冰刀 2. 北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相 3. 有没有500ºC的水？ 没有。t>374.16 ℃ 4. 有没有-3 ℃ 的蒸汽？ 有 5. 一密闭容器内有水的汽液混合物，对其
s
v
0.0001 0.5729 8.1752 8.3437 8.5479
0.0010002 0.0010078 0.0010171
8.119 9.052
h
0.0 167.5 251 .1 264.78 272.4
s
0.0001 0.5721 0.8310 8.0205 8.2261
表的出处和零点的规定
水蒸气的定温过程
实际设备中很少见
p
C
T
Tc T
远离饱和 线，接近 于理想气 体
v
水蒸气的定温过程
可逆过程：
理想气体 12’
qTdsTs
T wt qh
h
测量干度原理 绝热节流
1
2
2
1
2’
s
s
水蒸气的定容过程
实际设备中不常见
p 2
1 v
水蒸气的定容过程
T
h
v
vp
2p
2 T
1
1
s
s
v
1 2’
水蒸气的绝热过程
汽轮机、水泵
q=0
T
可逆过程： s
1
wt h1 h2
p1
不可逆过程：
p2 22’ s
wt h1 h2'
水蒸气的绝热过程
汽轮机、水泵 q = 0
h
h1
1
p1
h2’
h2
p2 22’
s
可逆过程： s
wt h1 h2
不可逆过程
wt h1 h2'
透平内效率
oi
h1 h2 ' h1 h2
h" 258.4 s" 8.1505
0.172v" 7.6515
h' 251.46
h" 260.96
s' 0.8321
s" 7.9092
tv
0 0.0010002 40 0.0010078 60 15.34 80 16.27 120 18.12
h
0 .0
s < s’ s = s’ s ’< s <s’’ s = s’’ s > s’’
水预热
汽化
过热
水蒸气定压发生过程说明
(1) QUWUpdV
UpVU(pV)H
(2) SSf Sg0
只有熵加热时永远增加
(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' 汽化潜热
(4) 未饱和水 过冷度 t过冷ts t 过冷水
h ,v ,s
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
饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）
t / oC
T/K
p / MPa
v'
/
m3
/
k
v"
g
m
3
/
k
g
h'
h"
s ' / kJ /
kJ / kg kJ / kg ( kg K )
s " / kJ / ( kg K )
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
§ 7-1 纯物质的热力学面及相图
物质有三种聚集状态：固态、液态、气态 水的三态：冰、水、蒸汽
热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态 的曲面
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
两相比例由干度x确定
定义 x干 湿 饱 饱 和 和 蒸 蒸 汽 汽 质 质 量 量 ＝ m vm vm f
干饱和蒸汽
饱和水
对干度x的说明： x = 0 饱和水 x = 1 干饱和蒸汽 0≤x ≤1 在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义
d
3d
2
c1
d1
e1 B
s
§7-4 水和水蒸气状态参数及其图表
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
1875年，吉布斯提出了吉布斯相律
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
pv RT u f (T) h f (T)
cp cv R
scplnTT12
Rln
p2 p1
cp
k
k 1
R
cv
1 k 1
R
水蒸气的定压过程
锅炉、换热器
qhvdp
q = h
wt = 0
p
例：锅炉中，水从30℃ ，
4MPa, 定压加热到450 ℃
ts(4MPa)=250.33℃
13
2
4
q = h2-h1
如何在图上表示功和热
p-v图（示功图）：面积代表功 T-s图（示热图）：面积代表热
能否用线段表示热和功
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）
C点为分界点，不在极值点上
3、等压线群：p
qTdsdhvdp
h s pC
TC
0
h s
p
T
0
两相区 单相区
0.02M Pa
ts 60.09 v' 0.0010172v" 7.6515
h' 251.46
h" 260.96
s' 0.8321
s" 7.9092
tv
0 0.0010002 40 0.0010078 60 15.34 80 16.27 120 18.12
h
0 .0
167 .4 261.13 264.93 272.45
300 573.15 8.5917 0.00140410.02162134.54 274.483.25595.7038
饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）
p / MPa
r kJ
/ kg
t / oC
v'
/
m3
/
k
v"
g
m
3
/
k
g
h' kJ
h" / kg kJ
/ kg
s ' / kJ / ( kg K )
§7-3 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’’
h
C
T
x s
§7-5 水蒸气的热力过程
热力过程： p s T v
任务： 确定初终态参数，
计算过程中的功和热 在p-v、T-s、h-s图上表示
注意理想气体过程的区别
第一定律与第二定律表达式均成立
qduw
qdhwt
dsiso 0
可逆
w pdv
wt vdp
q Tds
理想气体特有的性质和表达式不能用
10 1315.8 310.960.00145260.01800140.86 272.43.36165.6143
未饱和水和过热蒸汽表（节录）
p
0.01MPa
饱
ts 45.83
和 v' 0.0010102v" 14.676
参 h' 191.84 数 s' 0.6493
h" 258.4 s" 8.1505