工程热力学-06 水蒸气的热力性质
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1第六章
水蒸气的热力性质水和水蒸气
很多实际情况都存在纯物质的两相共存
蒸汽电站，锅炉、冷凝器
制冷机，冷藏室
工程中常用的其它工质的蒸汽，
如氨、氟利昂等，其特性及物态变化
规律与水蒸气基本相同
水和水蒸气是实际气体!
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、化工的工质水和水蒸气
水蒸气研究应用早，各种数据全
具有较好的热力性质
膨胀性能好，传热性能好
便宜，易得
无毒，无臭，不污染环境
拟合公式复杂，工程中难于应用，使用图表优点:
本章的重点是在弄清水蒸气热力性质特点的
基础上，详细地讨论水及水蒸气热力性质图
表的构成及应用
§6-1 水蒸气的饱和状态
沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化
(气体和液体均处在饱和状态下)汽化:由液态变成气态的物理过程
(不涉及化学变化)
蒸发：汽液表面上的汽化
沸腾：沸点蒸发：任何温度饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
凝结：物质由蒸汽变为液体的过程1、蒸发与凝结
凝结：逸出的分子数
蒸发蒸发：逸出的分子数> 被液面俘获的分子数
热平衡力平衡
化学不平衡
蒸发热(液体温度越低，蒸发热越高)
蒸发制冷
22、饱和状态
饱和温度T
s
饱和压力p
s逸出的分子数=被液面俘获的分子数
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
饱和状态：汽化和液化达到动态平
衡共存的状态
饱和水、饱和水蒸气
饱和液体、饱和蒸气饱和状态
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
饱和温度T
s
饱和压力p
s一一对应
放掉一些水，T
s不变，
p
s
T
sp
s
p
s=1.01325barT
s=100 ℃
青藏p
s=0.6barT
s=85.95 ℃
高压锅p
s=1.6barT
s=113.32 ℃CCatmt
p
DD
1001004
s
s⎟
⎠⎞
⎜
⎝⎛
=
纯物质的p
-T
相图
pp
TT液
液
气气固固
水一般物质三相点三相点临界点临界点流体流体汽化线汽化线
3、临界点、三相点
C
C
3
C647.14K=373.99C
22.064MPa
0.003106m/kgT
p
v=
=
=D当温度超过t
C时, 液相不可能存在, 而只可能是气相。
t
C临界温度
p
C临界压力(与临界温度相对应的饱和压力)
临界温度是最高的饱和温度；
临界压力是最高的饱和压力。3、临界点、三相点
273.16K=0.01C
0.000611659MPaA
AT
p=
=D当压力低于一定数值p
A时，液相也不可能存在，而
只可能是气相或固相。
p
A三相点压力。
t
A三相点温度(与三相点压力相对应的饱和温度)
三相点压力是最低的汽-液两相平衡的饱和压力；
三相点温度是最低的汽-液两相平衡的饱和温度。
34、沸腾
沸腾：液体表面和液体内部同时发生的剧烈
的汽化现象
沸腾现象发生：液化的饱和蒸汽压等于或
超过液体上方的气体压强
沸腾时液体温度不变
沸点：发生沸腾的温度4、沸腾
饱和蒸汽压随液体温度的升高而增加，
所以沸点也随外界压强的增大而升高
高压锅炉、高压锅
低温技术中抽气减压制冷
低温Î沸腾Î吸收气化热
1775年制冰
§6-2 水蒸气的定压发生过程
t < t
st = t
st = t
st = t
st > t
s
v < v’v = v’v = v’’
v ’< v v’’未饱和水
饱和水
饱和湿蒸汽饱和干蒸汽过热蒸汽
h < h’h = h’h = h’’
h ’< h h’’
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
UpVUpVH=Δ+=Δ+
=Δ+Δ=Δ+Δ=Δ∫
(2)
fg0SSSδδ
Δ=+>
只有熵加热时永远增加
(3)
理想气体()hfT=
实际气体汽化时，T＝T
s不变，但h增加
'''hhγ
−=
汽化潜热
(4)
未饱和水过冷度
stttΔ=−
过冷过冷水
过热蒸汽过热度
stttΔ=−
过热
cp
ABAC
B
1c
1a
1b
1d
1e
1c
1a1b1d1eT
sp
vC•水蒸气的产生过程分为三个阶段：
1、未饱和水变成饱和水的定压预热
过程
•将1kg、0。
C的水定压加热到该压力p下
的饱和温度t
s时所需加入的热量q’称为水
的液体热。
0
0''
''st
pqcdt
qhh=
=−∫
0''hhq=+
4•表6-1不同压力下水的液体热
2063.81807.11397.
11149.2191.80液体热
q’/kJ/kg22.064
=p
c201050.01压力
p/MPa
2、饱和水变为饱和水蒸汽的定压汽化过程
•使1kg饱和水在一定压力下完全变为相同
温度的饱和水蒸气所需加入的热量称为
水
的汽化潜热，用符号r表示。在温熵图上
汽
化潜热则相应于水平线段下的矩形面积：("')
srTss=−6-2 水蒸气的产生过程
•水的汽化潜热可由实验测定。压力愈
高，汽化潜热愈小，而当压力达到临界
压力时，汽化潜热变为零
表6-2不同压力下水的汽化潜
热
0585
.91317.
21639
.52014.82257.
62392.0汽化
潜热
kJ/k
g22.064
=p
c2010
51
0.10.01压力
MPa
'"
ss•式中：
-饱和水蒸气的熵；
-饱和水的熵。
•汽化潜热也等于定压汽化过程中焓的增加：
（6-7）
•式中：
-饱和水蒸气的焓。
•饱和水蒸气的焓为
（6-8）0"''hhrhqr=+=++"h"'rhh=−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
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
5两相比例由干度x确定
定义
干饱和蒸汽wm
x
mm=
+v
v干饱和蒸汽质量
＝
湿饱和蒸汽质量
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。
"'
'"'(1)
()zxzxz
zzxzz=+−
=+−"'
"'
"'(1)
(1)
(1)hxhxh
vxvxv
sxsxs=+−
=+−
=+−'
"'zz
x
zz−
=
−
已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度x
h ,v ,s
•湿度
w
vwm
y
mm=
+
•湿蒸汽的比状态参数计算
(1)'"'("')
(1)'"'("')
612
(1)'"'("'')'x
xx
sx
xs
xhxr
uvxvxvvxvv
hxhxhhxhh
sxsxssxsshpv
r
sx
T=−+=+−
⎫
⎪
=−+=+−=
⎪
⎪
−
⎬
⎪
⎪
=−+=+−=
⎪+
+
⎭=−（）
湿蒸汽的压力和温度，也是饱和压力和饱和温度。3、饱和水蒸气变为过热水蒸气的定压过热过程
•将1kg饱和水蒸气在一定压力下继续加热，变成
温度为t的过热水蒸气所吸收的热量，即过热
热
量q”为：
"()
s
s
st
t
t
pp
pts
t
tqcdtcttcD==−=∫6-2 水蒸气的产生过
程
•水蒸气在定压过热过程中吸收的热量也等
于焓的增加：
（6-14）
•式中，h一定压力为p、温度为t时过热水蒸气的
焓。过热水蒸气的焓为
（6-15）0""'"hhqhqrq=+=+++6-2 水蒸气的产生过程
""qhh=−•在这整个定压加热过程中所吸收的热量为
（6-16）
•图6-5表示水从0。
C定压加热变为温度为t的
过热水蒸气所需的热量q,以及三个加热阶段
所需热量q’、r、q”因压力不同而变化的情况。0
0'"
(')("')(")qqrq
hhhhhh
hh=++
=−+−+−
=−6-2 水蒸气的产生过
程
