气体和蒸汽性质

一、汽化与凝结
➢汽化: 物质由液态转变为气态的过程。
蒸发：在液体表面进行 的汽化过程 沸腾：在液体表面及内部进行的强烈 汽化过程。
➢凝结：物质由气态转变为液态的过程。凝结 的速度取决于空间蒸气的压力。
二、饱和状态(Saturated state)
➢饱和状态
液体分子脱离其 表面的汽化速度
＝
气体分子回到液 体中的凝结速度
湿(饱和)蒸汽 干饱和蒸汽
p const .
p const .
p const .
t ts v v
t ts v v v
t ts v v
s s
s s s
s s
h h
h h h
h h
这个阶段所需的热量称为汽化潜热 g
干度（dryness）
定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用w 或 x 表示。
x m汽 m汽 m液
（湿度 y =1–x）
0 饱和液 x 湿饱和蒸汽
1 干饱和蒸汽
气体和蒸汽性质
✓过热阶段
干饱和蒸汽
过热蒸汽
p const . t ts v v s s h h
p const . t ts v v s s h h
这个阶段所需的热量称为过热热 qsup。 t-ts称为过热度
几个名词
饱和液(saturated liquid)—处于饱和状态的液体： t = ts 干饱和蒸汽(dry-saturated vapor; dry vapor )
—处于饱和状态的蒸汽：t = ts 未饱和液(unsaturated liquid)
—温度低于所处压力下饱和温度的液体：t < ts 过热蒸汽(superheated vapor)
✓相变图
水定压加热汽化过程的p-v图及T-s图
一点 临界点
pcr 22.064 MPa
两线
上界限线 下界限线
tcr 373.99 C
液
vcr 0.003106m 3 /kg三区 汽液共存
汽
气体和蒸汽性质
未饱和水 饱和水 五态 湿蒸汽 干饱和蒸汽 过热蒸汽
分析：
p-v图中可以看出：影响 v 的主要是 P 和 T： 1) 对液态而言，T对v的影响比P的影响大，因而当P增加时，
对应的饱和温度增加，则饱和液体的比体积增大；
2) 对汽态而言，正好相反，因而，随着P的增加，饱和蒸汽的 比体积减小；
3) 饱和液体线与饱和蒸汽线必相交于一点C(临界点)
临界点：
当t>tcr时，无论压力如何增加都不可能液化 水的临界参数：
tcr 373.99C pcr 22.064MPa vcr 0.003106m3 / kg
饱和液线
p
临界点 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 p c r 2 2 .0 6 4 P a ,T c r 3 7 3 .9 9 K
Biblioteka Baidu 3-5 水的汽化过程和临界点
水的定压加热汽化过程
工业上所用的水蒸气都是在定压加热 设备中产生的。一般经过三个阶段：
✓预热阶段 ✓汽化阶段 ✓过热阶段
3-4 水蒸气的饱和状态和相图
水蒸气是实际气体的代表
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 优点: 便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好 是其它实际气体的代表
—温度高于饱和温度的蒸汽：t > ts, t – ts = d 称过 热度(degree of superheat)。
湿饱和蒸汽(wet-saturated vapor; wet vapor )
—饱和液和干饱和蒸汽的混合物：t = ts
使未饱和液达饱和状态的途径：
t, p
ttsp保p不 持变 t， ppst保t不 持变 p，
水的三相点温度和压力值：
Ttp 273.16K ptp 611.659Pa
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
水的热力学面
单相区
气
固--液
液
p
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
t0=ttp=0.01°C、p0=ptp=611.659 Pa的饱和水有：
u0 0kJ/kg s0 0kJ/(kgK) v0 0.001000m231/kg h0 u0 p0v0 0kJ/kg
二、温度为0.01℃、压力为p的过冷水
忽略水的压缩性，即比体积v不变，又温度 不变，则: uo=u0’=0, w=0 q=0
➢三相点 固、液、气三相共存的状态
1) 当压力低于ptp时，液相不可能存在，而只可能是气 相或固相。 ptp称为三相点压力，对应的饱和温度ttp称为三相 点温度。 2) 三相点温度和压力是最低的饱和温度和饱和压力。 3) 各种物质在三相点的温度与压力分别为定值，但比体积则 随固、液、气三相的混合比例不同而异。
一点二线三区五状态
一点： 临界点 二线： 上界线和下界线 三区： 液态区、湿蒸汽区、过热区 五态： 未饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸
汽、过热蒸汽
3-6 水和水蒸气的状态参数
一、零点规定
水及水蒸气的参数计算中不必求其绝对值，仅求其 增量或减少量，故可规定一任意起点。国际水蒸气 会议规定，水的三相点即273.16K的液相水作为基 准点，规定其热力学能及熵为0，即对于
气体和蒸汽性质
➢水蒸气定压发生过程图及其原理
✓预热阶段
➢状态及状态参数：
未饱和水（过冷水）
饱和水
p const .
p const .
t ts v v
t ts v v
s s
s s
h h
h h
这个阶段所需的热量称为液体热 ql
✓汽化阶段
湿饱和蒸汽：饱和水 与饱和蒸汽混合物
饱和水
这时液体与蒸气处于动态
平衡状态，称为饱和状态
饱和液体 饱和蒸气
➢饱和温度和饱和压力
处于饱和状态的气、液温度相同，称为饱和温
度ts，蒸汽的压力称为饱和压力ps
ts上升， ps上升； ps上升， ts上升。
➢结论： 一定的饱和温度对应于一定 的饱和压力，反之也成立， 即两者间存在单值关系。
ps fts
熵也不变， so=so’=0, h0= uo+p0 v0=0 （压力不高时）