第七章 水蒸气
1．基本概念
未饱和水: 水温低于饱和温度的水称为未饱和水（也称过冷水）.
饱和水: 当水温达到压力P所对应的饱和温度st时，水将开始沸腾，这时的水称为饱和水。
湿饱和蒸汽：把预热到ts的饱和水继续加热，饱和水开始沸腾，在定温下产生蒸汽而形成饱和液体和饱和蒸汽的混合物，这种混合物称为湿饱和蒸汽，简称湿蒸汽。
干饱和蒸汽：湿蒸汽的体积随着蒸汽的不断产生而逐渐加大，直至水全部变为蒸汽，这时的蒸汽称为干饱和蒸汽（即不含饱和水的饱和蒸汽）。
2．常用公式
干度：
湿蒸汽的总质量量湿蒸汽中含干蒸汽的质干度x
湿蒸汽的参数：
)()1(xvvxvvxvxv
vxvx（当p不太大，x不太小时）
xrhhhxhhxhxh)()1(x
sx)()1(Trxsssxssxsxs
xxxpvhu
过热蒸汽的焓：
)(spmttchh
其中)(spmttc是过热热量，t为过热蒸汽的温度，cpm为过热蒸汽由t到ts的平均比定压热容。
过热蒸汽的热力学能：
pvhu
过热蒸汽的熵：
spmspslndsTTcTrsTTcTrssTT
水蒸气定压过程： 12hhhq
)(1212vvphhu
uqw或)(12vvpw
0dtpppvw
spmspslndsTTcTrsTTcTrssTT
水蒸气定容过程：
vvvpw0d
uq
)(1212ppvhhu
)(d21t21ppvpvwpp
水蒸气定温过程：
)(12ssTq
uqw
hqwt
)(112212vpvphhu
水蒸气绝热过程：
0q
uw
hwt
)(112212vpvphhu
3．重要图表
第七章 水蒸气
第一节 概 述
一、本章的主要内容及意义
水蒸气具有良好的膨胀性能与传热性能，并且资源丰富，易于获得，成本低耗资少，无
毒无味，不存在污染环境的问题，是热力工程中应用最广泛的工质。除水蒸气外，工程上常
用的蒸气还有氨蒸气、氟利昂蒸气等。各种蒸汽的热力学性质尽管各有特点，但具有许多类
似之处，其基本概念和分析研究方法是一致的。因此，水蒸气热力学性质的学习掌握对于其
它蒸汽的热力学性质的了解也是有益的。讨论水蒸气的热力学性质其核心内容就是要讨论水
蒸气各参数之间的关系。在通常情况下，水蒸气分子间的距离较小，分子间的作用力及分子
本身的体积不能忽略，其热力学性质与理想气体存在较大差异，不能将理想气体的参数关系
式用于水蒸气。由于水蒸气的参数关系式较复杂，不便于工程应用，从而将水蒸气的热力学
参数关系绘制成了图表。由已知的水蒸气参数求取未知参数通常均是用水蒸气热力学性质图
表来查取。本章的主要内容是水蒸气热力性质的基本概念以及水蒸气热力学性质图表的结构
与应用。这些内容是水蒸气热力过程分析计算所必需的理论基础。
二、概念及术语
1、汽化与凝结、蒸发与沸腾
热力工程中要求工质具有良好的流动性，从而主要讨论工质的气态或液态，一般不包括
固态，所涉及的相变过程主要是气液两相间的汽化与凝结。由液态变为气态的相变过程称为
汽化；由气态变为液态的相变过程称为凝结或液化。汽化有蒸发与沸腾两种方式。蒸发是任
何温度下，在液体表面缓慢进行的汽化现象。蒸发是在液体表面一些内动能较大的分子克服
表面张力逸出液面变为蒸汽的相变过程。沸腾是在一定温度下，在液体内部剧烈进行的汽化
现象。沸腾现象中，在液体内部有大量汽泡产生，沸腾也正是因此而得名。后续内容中的汽
化均指沸腾。
2、饱和状态、饱和温度与饱和压力
水蒸气在密闭容器内，气、液两相平衡共存的状态称为饱和状态。饱和状态宏观上是气、
液两相在没有外界作用的条件下，不会发生变化的平衡状态；但微观上是气、液两相之间汽
第七章 水蒸气
本章基本要求：
水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的确定、水蒸气图表的结构和应用、以
及水蒸气在热力过程中功量和热量的计算。
本章重点：工业上水蒸汽的定压生成过程，学会使用水蒸汽热力学性质的图表，
并能熟练地运用于各种热力过程的计算。
本章难点：水蒸汽是实际汽体，只能通过查热力学性质图表进行各种热力过程
的计算。(也可以用复杂的计算公式进行计算)
第一节 水的相变及相图
自然界中聚集态：固相、液相和气相。
下面以水为例：
融解过程：在一定压力下，固态冰--液态水（融点温度），
汽化过程：水—汽（沸点温度）
AB--融点与压力关系，为融解曲线。
A点固、液、汽三态共存的状态，为三相态，三相点。
例如：
水Pa =611.2Pa K=0.01℃
升华过程：低于三相点，冰--汽，反之为凝华。
AD--升华曲线。AC和AD称为相平衡曲线。在曲线上两相平衡共存,曲线划
分成的三区。
饱和状态：汽化和凝结的动态平衡状况
饱和压力与饱和温度关系：。
第二节水蒸汽的定压发生过程
一、工业上水蒸气的形成
1．定压预热过程
2．饱和水定压汽化过程
汽化潜热：1kg饱和液体加热成同温度下的干饱和蒸汽所需热量。
干度：湿蒸汽中含干蒸汽的质量占湿蒸汽的总质量的百分比
x=干蒸汽质量/湿蒸汽总质量
3．干饱和蒸汽定压过热过程
过热度：温度超过对应压力下的饱和温度。
二、水蒸汽的p-v T-s图
水蒸汽定压形成特点：
一点： 临界点C
两线： 饱和液体线、饱和蒸汽线
三区： 未饱和液体区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区
五种状态：未饱和水状态、饱和水状态、湿饱和蒸汽状态、干饱和蒸汽状态
和过热蒸汽状态。
第三节水蒸气表和焓一熵(h-s)图
在工程计算中,水和水蒸气的状态参数可根据水蒸气表和图查得。
一、水蒸气参数的计算
零点的规定
1963年
第六届国际水蒸气会议的决定，以水物质在三相平衡共存状态下的
饱和水作为基准点。规定在三相态时饱和水的内能和熵为零。
液体热的计算：未饱和水加热到饱和水，所加的热量为液体热
第 七 章
1第七章 压缩、膨胀、蒸汽动力循环与制冷循环
本章学习目的
通过本章的学习，掌握蒸汽动力循环和制冷循环的基本原理和基本计算方法。
本章主要内容
（1） 气体的压缩和膨胀在热力装置中的作用和功量的计算。
（2） 工业上获得低温和冷量的两种方法。
（3） Rankine循环的热力过程及热效率的计算。
（4） 再热循环和回热循环的原理。
（5） 制冷循环的基本概念和计算。
（6） 蒸汽压缩制冷循环在
ST−
图和Hp−
图上的工作过程、各过程的特点及计算。
（7） 化工生产中常见的制冷设备。
（8） 制冷过程中对制冷剂的基本要求。
热能和功之间的相互转化通常是借助于工质在循环过程中的状态变化而实现的。据循环
效果及进行方向的不同，可以把循环分为正向循环和逆向循环。将热能转化为机械能的循环
为正向循环，也叫动力循环，这种循环是产功的过程，其主要设备是各种热机；将热能从低
温热源传给高温热源的循环为逆向循环，也叫制冷循环，这种循环是耗功的过程，其主要设
备是各种制冷机。这两类循环都是由工质的吸热、放热、压缩和膨胀四个过程所组成。目前，
分析和讨论这两类循环均采用稳定流动系统的热力学第一定律。这种方法以能量的数量为立
足点，从能量转化的数量关系来评价循环的经济性，以热效率为其指标。基于这两类循环遵
循以上相同的原则，因此把它们放在同一章里讨论。
本章主要介绍这两类循环的工作原理和基本的热力学计算。
7.1 气体的压缩
压缩机、鼓风机等是化工生产中常用的压气机，它是借助于机械能或电能，来实现气体
由低压到高压的状态变化。各类压气机的结构和工作原理虽然不同，但从热力学观点来看，
气体状态变化过程并没有本质的不同，都是消耗外功，使气体压缩升压的过程，在正常工况
下都可以视为稳定流动过程。
气体的压缩，一般有等温、绝热、多变三种过程，又分单级和多级压缩。对于稳定流动
体系，压缩过程的理论轴功可用稳定流动系统的热力学第一定律来描述。在忽略动能和势能
