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§1水的相变及相图返回概述1.水蒸气是热力工程中最为常见的工质在18世纪发明的蒸气机，水蒸气是唯一的工质，直到内燃机发明，才有了燃气工质。
尽管在各种热力设备或系统中，已采用了其他物质作为工质，如空气、各种制冷剂、燃气等等，但水蒸气目前仍是暖通、火力发电、核电、化工等行业热力设备或系统中最为普遍采用的工质。
作为工质，水蒸气具备：来源丰富，耗资少，无毒无味，比热容大，传热好，良好的膨胀和载热性能等优点。
2.水蒸气是实际气体水蒸气在工程应用中，一般处于离液态不远的状态，是一种实际气体。
只有在空气中，由于其含量极小，可视作理想气体处理。
在热力设备或系统工作过程中，涉及到物质的聚集态主要是液态和气态。
那么，对于非理想气体的性质及其热力过程如何分析呢？本章将以水蒸汽为例，说明实际气体热力性质的基本特点和确定方法、参数计算以及基本热力过程分析的基本方法。
重点内容：了解实际气体热力性质的基本特点，与理想气体的区别所在。
一、纯物质聚集态的变化纯物质通常以三种聚集态固相、液相及气相状态存在。
1.纯物质聚集态的变化融解与凝固→固态与液态；汽化与凝结→液态与气态；升华与凝华→固态与气态。
2.聚集态变化的影响因素纯物质种类、压力、温度二、纯物质的p-t相图1. p-t相图指在p-t图上，纯物质在发生聚集态变化时压力及温度的变化规律。
如图7-2所示。
注意：(1)三相点是三条相平衡曲线的交点。
(2)临界点以上区域（虚线以上区域，即温度及压力均高于临界点温度及压力）为气液相不分或共存区域，只体现流体的特性。
(3)多数物质压力增大将使凝固点温度增加。
但对于水等少数物质，压力的增大将使其凝固点温度降低。
图7-2 纯物质的p-t相图2.几个基本概念(1)三相点与临界点（每种纯物质的三相点与临界点的压力和温度都是唯一确定的。
）临界状态(临界点)：临界点（状态）是气-液共存的状态，而且气、液的状态参数值相同，例如具有相同的比容、密度等等。
水热量计算公式水热量是指水在吸收或释放热能时所需的能量。
在物理学中，热量可以通过水的温度变化来计算。
水热量计算公式可以用来确定水的热量变化以及相关的热能转化。
下面我们将介绍水热量计算公式的原理和应用。
水热量计算公式的原理基于热力学定律，其中最基本的定律是热量守恒定律，即热量的输入等于热量的输出。
根据这个定律，我们可以推导出水热量计算公式。
水热量计算公式的一般形式为Q = mcΔT，其中Q表示热量，m表示物体的质量，c表示物体的比热容，ΔT表示温度变化。
对于水而言，其比热容为 4.18 J/(g·℃)。
这个公式可以用来计算水在吸收或释放热能时的热量变化。
例如，如果我们有100g的水，将其加热10℃，那么根据水热量计算公式，我们可以计算出热量变化为Q = 100g × 4.18 J/(g·℃) × 10℃= 4180 J。
这表示在加热过程中，水吸收了4180焦耳的热量。
同样地，如果我们将100g的水冷却10℃，根据水热量计算公式，我们可以计算出热量变化为-4180 J。
这表示在冷却过程中，水释放了4180焦耳的热量。
除了温度变化外，水热量计算公式还可以用来计算水在相变过程中的热量变化。
在水的相变过程中，温度保持不变，因此ΔT为0。
根据水热量计算公式，我们可以得到Q = mcΔT = m × L，其中L表示水的相变潜热。
对于水的相变潜热，融化潜热为334 J/g，沸腾潜热为2260 J/g。
这个公式可以用来计算水在融化或沸腾过程中的热量变化。
总结一下，水热量计算公式可以用来计算水在吸收或释放热能时的热量变化。
通过计算水的质量、温度变化以及相变潜热，我们可以确定水的热量变化。
水热量计算公式在物理学、化学以及工程领域都有广泛的应用，例如在热力学实验中测量热量变化、计算热能转化效率等。
需要注意的是，水热量计算公式只适用于计算水的热量变化。
对于其他物质，由于其比热容和相变潜热不同，热量计算公式也会有所不同。
水的吸热公式
水的吸热公式是描述水在吸收热量时所遵循的规律。
水的吸热公式可以用来计算水在吸收热量时的温度变化。
下面我们来详细介绍一下水的吸热公式。
我们需要了解水的吸热过程。
当水受热时，它会吸收热量并升高温度。
根据热力学原理，我们知道热量的传递是由高温物体向低温物体传递的。
因此，当水受热时，它会从热源中吸收热量，使自己的温度升高，直到达到与热源相同的温度。
水的吸热公式可以用以下方式表示：
Q = m * c * ΔT
其中，Q表示吸收的热量，单位为焦耳(J)；m表示水的质量，单位为千克(kg)；c表示水的比热容，单位为焦耳/千克·摄氏度(J/kg·℃)；ΔT表示水的温度变化，单位为摄氏度(℃)。
根据水的吸热公式，我们可以计算水在吸收热量时的温度变化。
例如，当我们将100克的水加热，使其温度从20℃升高到30℃，那么根据水的吸热公式，我们可以计算出吸收的热量为：
Q = 0.1kg * c * (30℃ - 20℃)
通过查表可知，水的比热容约为4.18焦耳/克·摄氏度。
代入计算可得：
Q = 0.1kg * 4.18焦耳/克·摄氏度 * 10℃
Q = 4.18焦耳
因此，当我们将100克的水加热，使其温度从20℃升高到30℃时，需要吸收4.18焦耳的热量。
水的吸热公式是热力学中的基本原理，它描述了水在吸收热量时的温度变化。
通过使用这个公式，我们可以计算出水在吸热过程中所需要的热量，并且可以预测水的温度变化。
了解水的吸热公式对于研究热力学和热传导等领域非常重要，也有助于我们更好地理解水的热性质。
水的基本物理化学性质一. 水的物理性质（形态、冰点、沸点）：常温下（0~100℃），水可以出现固、液、气三相变化，利用水的相热转换能量是很方便的。
纯净的水是无色、无味、无臭的透明液体。
水在1个大气压时（105Pa），温度1)在0℃以下为固体，0℃为水的冰点。
2)从0℃-100℃之间为液体（通常情况下水呈液态）。
3)100℃以上为气体（气态水），100℃为水的沸点。
4)水是无色、无臭、无味液体，在浅薄时是清澈透明，深厚时呈蓝绿色。
5)在1atm时，水的凝固点(f.p.)为0℃，沸点(b.p.)为100℃。
6)水在0℃的凝固热为5.99 kJ/mole(或80 cal/g)。
7)水在100℃的汽化热为40.6 kJ/mole(或540 cal/g)。
8)由於水分子间具有氢键，故沸点高、莫耳汽化热大，蒸气压小。
9)沸点：(1)沸点：液体的饱和蒸气压等於液面上大气压之温度，此时液体各点均呈剧烈汽化现象，且液气相可共存若液面上为1 atm(76 mmHg)时，则该沸点称为「正常沸点」，水的正常沸点为100℃。
(2)若液面的气压加大，则液体需更高的蒸气压才可沸腾；而更高的温度使得更高的蒸气压，故液体的沸点会上升。
液面上蒸气压愈大，液体的沸点会愈高。
(3)反之，若液面上气压变小，则液面的沸点将会下降。
10)水在4℃(精确值为3.98℃)时的体积最小、密度最大，D = 1g/mL。
11)三相点：指在热力学里，可使一种物质三相（气相，液相，固相）共存的一个温度和压力的数值。
举例来说，水的三相点在0.01℃（273.16K）及611.73Pa 出现。
12)临界点（critical point）：物理学中因为能量的不同而会有相的改变(例如：冰→水→水蒸气),相的改变代表界的不同,故当一事物到达相变前一刻时我们称它临界了,而临界时的值则称为临界点。
之温度为临界温度，压力为临界压力。
13)临界温度：加压力使气体液化之最高温度称为临界温度。
物质常用状态参数：温度、压力、比体积（密度）、内能、焓、熵。（只需知道其中两参数） 比容和比体积概念完全相同。建议合并。单位质量的物质所占有的容积称为比容，用符号"V"表示。其数值是密度的倒数。 比热容(specific heat capacity)又称比热容量，简称比热(specific heat)，是单位质量 的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比。比热容是表示物质热性质的物理量。通常用符号c表示。比热容与物质的状态和物质的种类有关。 三相点是指在热力学里，可使一种物质三相（气相，液相，固相）共存的一个温度和压力的数值。举例来说，水的三相点在0.01℃（273.16K）及611.73Pa 出现；而汞的三相点在−38.8344℃及0.2MPa出现。 临界点：随着压力的增高，饱和水线与干饱和蒸汽线逐渐接近，当压力增加到某一数值时，二线相交即为临界点。临界点的各状态参数称为临界参数，对水蒸汽来说：其临界压力为22.11999035MPa，临界温度为：374.15℃，临界比容0.003147m3/kg。 超临界流体是处于临界温度和临界压力以上，介于气体和液体之间的流体。由于它兼有气体和液体的双重特性，即密度接近液体，粘度又与气体相似，扩散系数为液体的10~100倍，因而具有很强的溶解能力和良好的流动、输运性质。 当一事物到达相变前一刻时我们称它临界了,而临界时的值则称为临界点 。 临界点状态：饱和水或饱和蒸汽或湿蒸汽 在临界点，增加压强变为超临界状态；增加温度变为过热蒸汽状态。 为什么在高压下，低温水也处于超临界？（如23MP，200℃下水状态为超临界？）应该是软件编写错误。
超临界技术： 通常情况下，水以蒸汽、液态和冰三种常见的状态存在，且是极性溶剂，可以溶解包括盐在内的大多数电解质，对气体和大多数有机物则微溶或不溶。液态水的密度几乎不随压力升高而改变。但是如果将水的温度和压力升高到临界点（Tc=374.3℃，Pc=22.1MPa）以上，水的性质发生了极大变化，其密度、介电常数、黏度、扩散系数、热导率和溶解性等都不同于普通水。水的存在状态如图: 水的临界压力是:22.115MPa,临界温度是374.15℃ ；在这个压力和温度时，水和蒸汽的密度是相同的，就叫水的临界点.
例如，水在一个大气压和温度低于饱和温度100°C为不饱和。水在10个大气压下饱和温度为180°C，所以水在10个大气压和180°C以下为不饱和。
饱和水曲线显示水在饱和温度状态下，描述的只是饱和状态下水的性质。 湿蒸汽区域（也称为两相区域）描述在湿蒸汽条件下所有的值。它的分界线是在饱和水和饱和蒸汽。
在任何湿蒸汽区域增加热量都能使蒸汽变干，但是湿蒸汽一般在同样的温度。湿蒸汽变干躁，它就靠近饱和蒸汽曲线。 干饱和蒸汽曲线显示在饱和温度状态下，描述的只是干饱和状态下蒸汽的性质。 过热蒸汽区域描述蒸汽在温度高于饱和蒸汽温度的状态。保持压力不变，加热饱和蒸汽，它的温度会上升，就产生过热蒸汽。 将饱和水继续加热，使其全部汽化成压力为p，温度为ts的干饱和蒸汽，汽化过程加入的热量称为汽化潜热。 100℃，1bar条件下，水的汽化潜热为539Kcal/kg.℃ 水的临界点是温度374．3℃、压力22．05MPa，如果将水的温度、压力升高到临界点以上，即为超临界水，其密度、粘度、电导率、介电常数等基本性能均与普通水有很大差异，表现出类似于非极性有机化合物的性质。因此，超临界水能与非极性物质(如烃类)和其他有机物完全互溶，而无机物特别是盐类，在超临界水中的电离常数和溶解度却很低。同时，超临界水可以和空气、氧气、氮气和二氧化碳等气体完全互溶。 水汽温度高于374.2℃时，气态水便不能通过加压转化为液态水。 水的热稳定性很强，水蒸气加热到2000K以上，也只有极少量离解为氢和氧，但水在通电的条件下会离解为氢气和水。具有很大的内聚力和表面张力，除汞以外，水的表面张力最大，并能产生较明显的毛细现象和吸附现象。纯水有极微弱的导电能力，普通的水含有少量电解质而有导电能力。
1.水是无色、无臭、无味液体，在浅薄时是清澈透明，深厚时呈蓝绿色 3.水在4℃(精确值为3.98℃)时的体积最小、密度最大，D = 1g/mL (1)三相点：在真空容器中，纯质的液相、固相、气相以平衡状态同时存在的温度与压力称之。 (2)临界点（critical point）之温度为临界温度，压力为临界压力。 1. 临界温度：加压力使气体液化之最高温度称为临界温度。如水之临界温度为374℃，若温度高於374℃，则不可能加压使水蒸气液化 2. 临界压力：在临界温度时，加压力使气体液化的最小压力称之。临界压力等於该液体在临界温度之饱和蒸气压。
2.水分子中氢与氧都有同位素存在 (1)氢的同位素有三种 氢(或H)：占天然存在的氢之99.98％ 氘[dāo] (或D)：占天然存在的氢之0.04％ 氚[chuān] (或T)：具有放射性
氧化氘俗称重水(heavy water)，广用於核子反应器，作为中子的减速器 1、水的形态、冰点、沸点： 纯净的水是无色、无味、无臭的透明液体。水在1个大气压时（105Pa），温度在0℃以下为固体，0℃为水的冰点。从0℃-100℃之间为液体（通常情况下水呈液态），100℃以上为气体（气态水），100℃为水的沸点。
2、水的比热： 把单位质量的水升高1℃所吸收的热量，叫做水的比热容，简称比热，水的比热为4.2x103[焦/克.℃)]。
3、水的汽化热： 在一定温度下单位质量的水完全变成同温度的气态水（水蒸气）所需的热量，叫做水的汽化热。（水从液态转变为气态的过程叫做汽化，水表面的汽化现象叫做蒸发，蒸发在任何温度下都能进行） 4、冰（固态水）的溶解热： 单位质量的冰在熔点时（0℃）完全溶解为同温度的水所需的热量，叫做冰的溶解热。
5、水的密度： 在一个大气压下（105Pa），温度为4℃时，水的密度为最大（1g/cm3），当温度低于或高于4℃时，其密度均小于1g/cm3。
6、水的压强： 水对容器底部和侧壁都有压强（单位面积上受的压力叫做压强）。水内部向各个方向都有压强；在同一深度，水向各个方向的压强相等；深度增加，水压强增大；水的密度增大，水压强也增大。
7、水的浮力： 水对物体向上和向下的压力差就是水对物体的浮力。浮力总是竖直向上的。 8、水的硬度： 水的硬度是指水中含有的钙、镁、锰离子的数量（一般以碳酸钙来计算）。 硬度单位：mg/L（毫克/升），mmol/L(毫克当量/升)，PPM（个/百万），GPG（格令/加仑）
9、pH值： pH值是指水的酸碱度，表示水中H+和OH-的含量比例（范围为0-14）。 人体对pH值的反应非常敏感，身体内大部分物质的pH值为6.8，血液和细胞水的pH值为7.2-7.3。
10、固体溶解物含量（TDS）： TDS是指水中溶解的所有固体物的含量，单位为mg/L或PPM。TDS越低，表示水越纯净。
11、电导率（CND）： 水的电导率（CND）是指通过水的电流除以水两边的电压差，表示水溶液传导电流的能力，其大小间接反应了水中溶解性盐类的总量，也反映了水中矿物质的总量。
12、范德华引力： 对一个水分子来说，它的正电荷中心偏在两个氢原子的一方，而负电荷中心偏在氧原子一方，从而构成极性分子。当水分子相互接近时，异极间的引力大于距离较远的同极间的斥力，这种分子间的相互吸引的静电力称为范德华引力。 13、水的表面张力： 水的表面存在着一种力，使水的表面有收缩的趋势，这种水表面的力叫做表面张力。
天然水有哪些特性 水在常温下呈液态存在，具有一般液体的共性。与其它液体相比，又有许多独特的性质。
(1)水在0~4℃范围内不是热胀冷缩，而提冷胀热缩，即温度升高，体积缩小，密度增大。
(2)在所有的液体中，水的比热容最大，为4.18焦耳/克度。因此水可作为优质的热交换介质，用于冷却、储热、传热等方面。
(3)常温下（0~100℃），水可以出现固、液、气三相变化，帮利用水的相热转换能量是很方便的。
(4)在液体中，除了汞（Hg）以外，水的表面能最大。 (5)水溶解及反应能力极强。许多物质不但在水中有很大的溶解度，而且有最大的电离度。
(6)水的导电性能是随着水中含盐量的增加而增大。 第五章 工质的性质及水循环 一、水的性质 1、水的三种状态 随着温度的不同，水会呈现液态、气态、和固态、三种状态。它们之间能够互相转化，锅炉中的水是通过加热沸腾蒸发而成为蒸汽的。 2、水的常温特性 水在一个大气压下 , 温度为4℃时体积最小，密度最 大，超过或低于4℃时，密度减小，其体积均要膨胀。所以在冬季停用的锅炉和管道内不要存水以防止结冰后体积膨胀，冻坏设备。 3、水的不可压缩性 水的可压缩性很小，受到压力时以相等大小的压力向各个方向均匀传递。对锅炉及其他受压容器作水压试验，就是利用这一原理，以检查各个部分的强度和严密性。 4、水的传递性 在水的内部，向任何方向都有压力，在同一高度，对各个方向的压力都相等，距水平面高度增加，压力也增加。 5、水的平衡性 水在连通器(几个容器底部互相连通的容器)内，当水面上的压力相等时，各处的水面始终保持在同一平面上。锅炉上的水位表就是根据这个原理设置的，即水位表内的水面与锅筒中的水面是一致的。通过观察水位表，就能知道锅炉内水位的高低。 6、水的比热容特性 水的比热容为4.187kJ/(kg*℃),即每千克的水温度每升高1℃时，所吸收的热量。水的比热容较其它液体大，在相同情况下所吸收的热量比其它液体多。加上水来源方便，所以通常利用水作为冷却或吸热的介质。
二、水蒸汽的性质 1、饱和状态 在水的汽化和水蒸气的凝结过程中，单位时间内逸出液面与回到液面的分子数目相等而汽液两相平衡共存时的这种状态称为饱和状态。饱和状态下的蒸汽及水的压力和温度称为饱和压力和饱和温度，对于一定的饱和压力有着唯一对应的饱和温度。 处于饱和状态下的水和蒸汽，分别称为饱和水和饱和蒸汽。饱和水与饱和蒸汽的混合物称为汽水混合物，若汽水混合物中以蒸汽为主，而水占的比例较小时，则称为湿饱和蒸汽。不含水的纯饱和蒸汽称为干饱和蒸汽。 在汽水混合物中，蒸汽所占的质量份额叫做“干度”，用符号X表示。干饱和蒸汽的干度为1，饱和水的干度为0，湿饱和蒸汽的干度在0与1之间。 当蒸汽的温度高于与其压力所对应的饱和温度时，称为过热蒸汽，过热蒸汽的温度与饱和温度之差称为蒸汽的“过热度”。 当水的温度低于与其压力所对应的饱和温度时，这种水称为欠热水。饱和温度与欠热水的温度之差称为水的“欠热度”。
2、汽化过程 定压过程 水在锅炉中被加热而汽化的过程可以近似地视为在定压下进行的，因为水、 汽通过锅炉所发生的压力降低与其绝对压力相比是很小的。 定压下水的加热和汽化分为三个阶段： ①水的预热：将欠热水进行加热，使之达到饱和温度成为饱和水。1kg欠热水变为饱和水所需吸收的热量称为其“欠热”。 ②水的汽化：继续加热饱和水，就开始产生蒸汽，成为汽水混合物（湿饱和 蒸汽），汽化是在饱和压力和饱和温度下进行的，定压、同时也是定温过程。随着汽化的进行，汽水混合物的干度逐渐增大，最终变为干饱和蒸汽而结束汽化阶段。1kg饱和水变成干饱和蒸汽所需吸收的热量称为水的“汽化潜热”，用符号Y表示，单位为 kJ/kg。 ③蒸汽的过热：继续加热干饱和蒸汽，可使其温度升高，成为过热蒸汽。1kg 干饱和蒸汽加热到某个过热温度所需吸收的热量称为过热热量。
