热工学水蒸气的状态参数

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热工学水蒸气的状态参数

热工学水蒸气的状态参数热工学是研究热力循环和能量转换的一门学科。

其中，水蒸气是热工循环中最常见的工质之一，它具有一系列的状态参数。

本文将详细介绍水蒸气的状态参数。

水蒸气是指水在温度超过其沸点时产生的气体状态。

它可以处于不同的状态，包括饱和状态和过热状态。

饱和状态是指水蒸气与液态水处于平衡状态，同时具有相同的温度和压力。

在饱和状态下，水蒸气的状态参数包括饱和压力、饱和温度、饱和液体焓、饱和气体焓、饱和液体熵和饱和气体熵。

饱和压力是指水蒸气在饱和状态下的压力值。

它与饱和温度有一定的关系，可以通过热力学表或蒸汽表查询得到。

饱和温度是指水蒸气在饱和状态下的温度值。

它可以通过饱和压力和水的沸点之间的关系计算得到。

饱和液体焓是指单位质量的水蒸气从液态水冷却至饱和状态时释放的热能。

它可以通过热力学表或蒸汽表查询得到。

饱和气体焓是指单位质量的水蒸气从液态水升温至饱和状态时吸收的热能。

它也可以通过热力学表或蒸汽表查询得到。

饱和液体熵是指单位质量的水蒸气从液态水冷却至饱和状态时系统的熵变。

它可以通过热力学表或蒸汽表查询得到。

饱和气体熵是指单位质量的水蒸气从液态水升温至饱和状态时系统的熵变。

它也可以通过热力学表或蒸汽表查询得到。

过热状态是指水蒸气的温度高于其饱和温度的状态。

在过热状态下，水蒸气的状态参数包括过热度、过热压力、过热液体焓、过热气体焓、过热液体熵和过热气体熵。

过热度是指水蒸气的温度相对于其饱和温度的差值。

它可以通过过热压力和饱和温度之间的关系计算得到。

过热压力是指水蒸气在过热状态下的压力值。

它可以通过热力学表或蒸汽表查询得到。

过热液体焓是指单位质量的水蒸气从液态水冷却至过热状态时释放的热能。

它可以通过热力学表或蒸汽表查询得到。

过热气体焓是指单位质量的水蒸气从液态水升温至过热状态时吸收的热能。

它也可以通过热力学表或蒸汽表查询得到。

过热液体熵是指单位质量的水蒸气从液态水冷却至过热状态时系统的熵变。

它可以通过热力学表或蒸汽表查询得到。

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.

(优选)热工基础水蒸气图表及热力过程

定压过程的参数坐标图
15
二、绝热过程
水蒸气在汽轮机内的膨胀过程、水在水泵中的升压过程等，在忽略热交换的条件下，都是绝热过程。如果在绝热过程中不考虑摩擦等不可逆因素，则是定熵过程。定熵过程中关注的是工质所做技术功的多少。
16
1）确定初、终状态参数根据已知条件以及过程特点s1=s2，利用图或者表确定
数确定终态及终态的其他参数。
3）将过程及状态表示在p-v、T-s、h-s图上。
4）根据已求得的初、终态参数，应用热力学基本定律计
算热量和功量。
11
一、定压过程
锅炉各换热器内的吸热过程，给水在回热器内的加热过程，凝汽器中乏汽的放热过程等，在忽略流动压损的条件下，均可近似地看做定压过程。
12
一、定压过程
8
三、水蒸气的焓熵图
1）：h-s图的结构 h-s图是以焓h为纵坐标，以熵s为横坐标构成的，其分部的区域多为湿蒸汽和过热蒸汽区：
水蒸气的焓熵图
9
2） h-s图的使用 ①、使用之前，应熟悉每一线群表示的参数单位，清楚参数单位的分度大小。 ②、根据两个独立的状态参数，在h-s图上找交点。该交点就是需要确定的状态点，然后读出过该点的相关参数值。
定压过程计算的是工质与外界交换的热量。 1）确定初、终状态参数根据已知初状态的两个独立状态参数，查水蒸气图和表，确定其初状态以及未知的其他参数；由过程特点p=常数和终态点的一个状态参数，确定终状态点及终状态参数。 2) 水蒸气定压过程的参数坐标图水蒸气定压过程在p-v、T-s、h-s图上的表示如下图所示。
10
第四节水蒸气的热力过程
研究水蒸气的热力过程的目的与分析理想气体热力过程一
样，即为:①确定过程的初态与终态的参数； ②计算过程中的

第7章水蒸气

32
第7章水蒸气
7-1 水的相变及相图
7-2 水的定压汽化过程
7-3 水蒸气的状态参数和水蒸气表 7-4 水蒸气焓熵图及其应用 7-5 水蒸气的焓火用图
33
水蒸气的焓火用图
34
焓火用图的特点
定熵线：在焓火用图上定熵线永远是斜率为1的直线。定压线：
1）在焓火用图上，定压线一般地说是一条曲线。 2）当T>T0时, 表明工质在其温度高于环境温度时吸收的热量，在任何情况下也只能是部分地而不是全部地转变为其自身的火用。 3）当T=T0时, 工质在其温度等于环境温度的条件下吸热或放热，均不会改变其自身的焓火用。 4）当T<T0时, 表明如果工质温度低于环境温度，吸收热量反而会使其自身的焓火用值下降。
30
蒸汽节流测量湿蒸汽的干度
31
例题
利用焓熵图表计算 1.已知p=10MPa，t=530 ℃，求h、s 2.已知ps=0.1MPa，x=0.8，求t、h 3.已知t=180 ℃ ，p=0.5MPa,判断蒸汽的状态，并求h 4 p1=12MPa,t1=520 ℃,经绝热节流，p2=5MPa,求t2=? 5.设蒸汽在汽轮机内可逆绝热膨胀， p1=14MPa,t1=520 ℃, 乏汽压力为p2=10kPa,蒸汽流量为100t/h，求汽轮机的功率？ 6.某火电机组，乏汽压力为0.006MPa,干度x=0.85，流量为 290t/h，乏汽在凝汽器中等压放热，凝结为饱和水，其热量由循环水带走，设循环水的流量为9800t/h，循环水的比热为4.1868kJ/(kg.k)，求循环水的温升?
35
焓火用图的特点
定温线：
焓火用图的定温线在高压区比定压线的斜率要大。随着压力的降低，定温线的斜率增大，直至无穷大然后变为负值。在压力很低时，工质具有理想气体性质，焦耳-汤姆逊系数由负无穷增大至零，定温线与定焓线重合，变成一条水平线。

7.3.16.3水蒸气的性质图和表

水蒸气的性质
图和表
五种状态如何确定
（1）未饱和水：
、独立
（2）饱和水：
、不独立
（3）湿饱和蒸汽：
、不独立
干度：x
五种状态及计算特点
（4）饱和蒸汽：
、
（5）过热蒸汽：
不独立
、独立
水蒸气性质图和表变量和基准点
变量设置：
、、、ℎ、、()
基准点：
水的三相点
= 611.659Pa， = 0.01℃， = 0.0010021m3/kg
= 0kJ/kg，
= 0kJ/（kg · K)
ℎ = 0.000613kJ/（kg · K)
水蒸气的性质表
水和水蒸气表分为两类：
饱和水与饱
和蒸汽表
以温度为序的饱和水与饱和蒸汽表:见表1
以压力为序的饱和水与饱和蒸汽表:见表2
未饱和水与过热蒸汽表:见表3
水蒸气的性质表
表1 以温度为序的饱和水与饱和蒸汽表
4.水蒸气性质图
（1）p-v图和T-s图
（2）水蒸气的焓熵图
水蒸气的性质表
表2 以压力为序的饱和水与饱和蒸汽表
水蒸气的性质表
表3 未饱和水与过热蒸汽表
湿蒸汽状态参数确定
一般不能直接查表得到，需通过下式计算获得：
已知：
pps 或
tts
饱和液体：‘、ℎ’、‘
饱和蒸汽：“、ℎ”、“
湿蒸汽状态参数确定
干度：x
vx (1 x )v xv v x (v v)
C
υ
p
p
O
x
x
x
T
T
v
O
s
水蒸气的焓熵图
（2）水蒸气的焓熵图

热工基础--水蒸气图表及热力过程

实际上，水蒸气在汽轮机中的工程过程中，因存在摩擦等不可逆因素，熵流虽为零，但熵产始终大于零，因此不是定熵过程，而是熵增的过程。
如图所示，实际绝热膨胀过程按1-2′进行，且不可逆程度越大，过程线1-2′越向右偏斜。
不可逆绝热过程的技术功wt ′ =h1-h2′ ，由于不可逆因素造成的做功损失wt ′ =h2′ - h2。
①、已知p或t和干度x，由于干度x仅对湿蒸汽有意义，因
此处于湿蒸汽状态。
②、已知（p,t），查饱和水与饱和蒸汽表，得已知压力
下的对应饱和温度ts，其中
t ＜ ts ,未饱和状态。 t = ts ，饱和状态，需用干度再确定状态。 t ＞ ts ，过热蒸汽状态。
3)、水蒸气状态的确定
①、已知p(或t)和某一参数如v、h、s,查饱和水与饱和蒸
2）几点说明 ①：u=h-pv(工程使用较少，未列)； ②：对于湿蒸汽的状态参数，要根据干度以及该压力下
的饱和水与干蒸汽计算，如hx = (1-x)h '+xh ''. ③:表中没有列出的中间温度和中间压力，要用内插法。
3)、水蒸气状态的确定
根据已知参数由水蒸气表确定其他未知参数时，必须先判
断工质的状态，再根据所处状态查对应的表，具体方法如下：
第四节水蒸气的热力过程
研究水蒸气的热力过程的目的与分析理想气体热力过程一样，即为:①确定过程的初态与终态的参数； ②计算过程中的能量。但由于水蒸气是实际气体，其参数的确定要使用水蒸气热力性质表和焓熵图。
分析水蒸气热力过程的一般步骤为： 1）用水蒸气图表，由初态的已知参数确定其他参数； 2）根据过程性质，如定压、定熵等，加上终态的已知参数确定终态及终态的其他参数。 3）将过程及状态表示在p-v、T-s、h-s图上。 4）根据已求得的初、终态参数，应用热力学基本定律计算热量和功量。

热工基础--水蒸气图表及热力过程(精品课件)

初、终状态参数。若初状态是湿蒸汽或过热蒸汽，则可在h-s图上确定过程的初、终态点，并得到其他状态参数，如下图所示：
水蒸气的定熵过程
17
2）绝热过程的参数坐标图
水蒸气绝热过程在参数坐标图上的表示如图5-12、如图5-13 所示。
18
3）工质与外界交换的功量
根据查得的初、终态点的各参数，结合过程特点，利用能量方程式得到：wt=- △h=h1-h2（定熵过程的技术功等于焓降）。
t = ts ，饱和状态，需用干度再确定状态。
t ＞ ts ，过热蒸汽状态。
8
三、水蒸气的焓熵图
1）：h-s图的结构 h-s图是以焓h为纵坐标，以熵s为横坐标构成的，其分部的区域多为湿蒸汽和过热蒸汽区：
水蒸气的焓熵图
9
2） h-s图的使用 ①、使用之前，应熟悉每一线群表示的参数单位，清楚参数单位的分度大小。 ②、根据两个独立的状态参数，在h-s图上找交点。该交点就是需要确定的状态点，然后读出过该点的相关参数值。
定压过程计算的是工质与外界交换的热量。 1）确定初、终状态参数根据已知初状态的两个独立状态参数，查水蒸气图和表，确定其初状态以及未知的其他参数；由过程特点p=常数和终态点的一个状态参数，确定终状态点及终状态参数。 2) 水蒸气定压过程的参数坐标图水蒸气定压过程在p-v、T-s、h-s图上的表示如下图所示。
数确定终态及终态的其他参数。
3）将过程及状态表示在p-v、T-s、h-s图上。
4）根据已求得的初、终态参数，应用热力学基本定律计
算热量和功量。
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一、定压过程
锅炉各换热器内的吸热过程，给水在回热器内的加热过程，凝汽器中乏汽的放热过程等，在忽略流动压损的条件下，均可近似地看做定压过程。

水蒸气性质

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热工基础与应用
第三章
3、过热阶段 t
t 过热蒸汽（气）： t s 的蒸汽（气）
过热度：D t ts
过热蒸气 p
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热工基础与应用
第三章
（二）改变压力后的过程（ p2 1.0MPa , t02 0.01C ）
相同点：依然经历三个阶段不同点：t s ↑ 与压力一一对应ts ts ( ps ) , ps ps ( ts )
所以
D t1 ts1 500 303 . 39 196 . 6C
(2)由 p1 9.0MPa, t1 500 ‴，查得(过热蒸气表或h-s图)
h1 3386 kJ/kg, s1 6.66kJ/(kg K)
蒸汽轮机是绝热过程，若可逆则是定熵过程：
2
2
s2 s1 6.66kJ/(kg K)
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热工基础与应用
第三章
2、汽化阶段 t t s 保持不变
湿饱和蒸气
干饱和蒸气
p
p
饱和蒸汽（气）：t t s 的蒸汽（气）
湿（饱和）蒸汽（气）：饱和蒸汽与饱和水（液）两相共存的状态。
饱和蒸汽（气）的状态参数（除温度、压力外）加上 h 标 “ ″"，如：, s,v 汽化（潜）热：r h h Ts ( s s )
T
C
1
p2
2
s
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三、蒸气的热力过程
步骤： 1、由已知初态的两个独立参数，在蒸气热力性质图表上查算出其余各初态参数之值。 2、根据过程特征和终态的一已知参数，由蒸气热力性质图表查取终态状态参数值。 3、由查算得到的初、终态参数，应用热力学第一、 q 第二定律的基本方程计算出：、w(wt )、h、u、sg

3-水蒸气的热力性质

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
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’’
p1
s1
2
p2
不可逆过程： 2 2’
v
1
2’
水蒸气的绝热过程举例
例：汽轮机 p1 4MPa t1 450o C
p2 0.005MPa oi 0.9
h
求： wt ' h2' x2'
h1
1
解：由 t1、p1可得
p1
h1 3331.2kJ/kg
h2’
s1 6.9386kJ/kg.K
h2
p2 22’
水蒸汽的形成过程在p-v图和T-s图上的表示
Mc——饱和水线；
ql ——液体热； qsu ——过热热量；
Nc——干饱和蒸汽线；
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
kJ kg
查参数举例（3）
在一刚性容器内充满p=0.1MPa，t=20℃ 的水。由于太阳照射，使其温度升为40℃,求容器承受的压力。等容过程

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

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水在临界压力或高于临界压力下定压加热到临界温度时，不存在汽液分界线和汽液共存的汽化过程，再加热就直接成为况下，水蒸气的性质与理想气体差别很大 ,为了便于工程计算，将不同温度和不压力下的未饱和水、饱和水、干饱和蒸汽和过热蒸汽的状态参数列成表或绘成线算图。
s''s' (8.3930 0.4761)kj /(kg·K )
确定蒸汽状态除了使用利用查蒸汽表，还
可以使用用表中数据制成的状态图。在使用中，尤其对水蒸气的热力过程进行分析及计算时，图比表更加直观。
水蒸气的焓熵图
C 临界点 CA下界线 CB上界线定压线定容线定温线定干度线湿蒸汽区的定压线就是定温线。
（2）p=5kPa， s=6.5042kj/（kg·K）查压力序蒸汽表知，饱和水比熵s'=0.4761kj/kg 饱和水蒸气比熵s''=8.3930kj/kg 可知s'<s<s''，所以该状态为湿蒸汽。
干度 x s - s' (6.5042 0.4761)kj /(kg·K ) 0.76
hx=xh''+(1-x)h'=h'+x(h''-h')
sx=xs''+(1-x)s'=s'+x(s''-s')
未饱和水与过热水蒸气表（附录表7）
5
例利用水蒸气表确定下列点所处状态：（1）t=200℃，v=0.00115641m³/kg 查温度序蒸汽表知，200℃时，饱和水比体积v'=0.00115641m³/kg 饱和水蒸气比体积v''=0.12732m³/kg
饱和水与饱和蒸气表
分为以温度为序（附录表5）和以压力为序（附录表6）两种。
1
2
遵循国际规定，蒸气表取三相点液相水的热力学能和熵为零。在三相点，液相水的状态参数为p=611.7Pa , v=0.00100021m3/kg,
T=273.16K, s=0kj/(kg*K) , u=0kj/kg 根据焓的定义
h=u+pv=0+611.7Pa*0.0010021m3/kg
=0.00061kj/kg≈0kj/kg
湿蒸汽由压力相同的饱和水和干蒸汽所组成的混合物，要确定其状态除了知道其压力或者温度外，还必须知道其干度x。
有干度定义，1kg湿蒸汽由x kg干蒸汽和（1-x） kg湿蒸汽组成。
vx=xv''+(1-x)v'=v'+x(v''-v')
9

热工学水蒸气的状态参数

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