工程热第七章

Ts ps
一一对应，只有一个独立变量，即
t s f ps
2
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) —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：
T1 (s 2 s1 ) [(h2 h1 ) ( p 2 v 2 p1v1 )]
q12 T1 (s 2 s1 )
四、定熵过程 s1=s2,于是可得：
q1 2 0
w12 u1 u2 (h2 h1 ) ( p2 v2 p1v1 )
ql
Ts
四、压力为p的干饱和蒸汽
汽化潜热： 比焓:h’’=h’+γ γ=Ts(s’’-s’)=h’’-h’=(u’’-u’)+p(v’’-v’) 比热力学能: u’’=h’’-pv’’ 比熵: s’’=s’+γ/Ts
五、压力为p的湿饱和蒸汽
mv 干度x—湿饱和蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，即 x mv mw 热力学能、焓、熵及容积可表示为：
7-5 水蒸气的基本过程
分析水蒸气热力过程的目的—确定过程的能量转换关系， 包括w、q以及Δu和Δh等。因此，需确定状态参数的变化。 确定过程的能量转换关系的依据为热力学第一、二定律：
q1 2 u1源自文库 2 pdv
q1 2 Tds
1 2
2
1
可用水蒸气表及图，依照过程的特点来确定各状态的参数。 一、定容过程 v1=v2,于是可得：
二、温度为0.01℃，压力为p的过冷水 参数如下： v0≈0.001m3/kg u0= u’0＝0 kJ/kg s0= s’0＝0 kJ/(kg K) h 0= h’0＝0 kJ/kg w≈0 q=0
三、温度为t、压力为p的饱和水 h 0= h’0 +ql
c p dT 273.16 K Ts dT ' s cp 273.16 K T
过热蒸汽判据。
7-4 水蒸气表和图
一、水蒸汽表 水蒸气的热力性质表和相应的图线，提供了计算所需的 各种状态下水蒸气参数的详尽数据。 国际会议规定，水蒸气热力性质表和图以三相点状态的 液相水为基准点编制。水的三相点的参数为 p＝0.611 7 kPa， v＝0.001 000 22 m3/kg T＝273.16 K 此状态下液相水的热力学能和熵被规定为零，即 u'0.01＝0 kJ/kg， s'0.01＝0 kJ/(kg K) 而其焓值为 h'0.01＝u'0.01+pv ＝0 kJ/kg+0.611 2 kPa×0.001 000 22 m3/kg ＝0.000 611 kJ/kg≈0 kJ/kg 工程上视其为零。
湿蒸汽的干度x。
7-3
水和水蒸汽的状态参数
一、零点的规定 工程中只需计算水蒸气u、h、s的变化量，因此可任选一个基 准点。国际会议规定，水蒸气热力性质表和图以三相点状态 的液相水为基准点编制。水的三相点的参数为 p＝0.611 7 kPa， v＝0.001 000 22 m3/kg T＝273.16 K 此状态下液相水的热力学能和熵被规定为零，即 u’0.01＝0 kJ/kg， s'0.01＝0 kJ/(kg K) 而其焓值为 h'0.01＝u'0.01+pv ＝0 kJ/kg+0.611 2 kPa×0.001 000 22 m3/kg ＝0.000 611 kJ/kg≈0 kJ/kg 工程上视其为零。
在Ttp点所对应的温度和压力下，气相、液相和固相三相共 存而处于平衡的状态，这种状态称为三相点。
7-2 水的定压加热汽化过程
a-b—0.01℃未饱和水→ts饱 和水。t↑，v↑。
0.01℃
ts
ts
ts
t>ts
b-d—ts饱和水→ ts干饱和水 蒸汽。v↑， t和p均不变。 其间为汽液混合的湿饱和蒸汽。 d-e—ts干饱和水蒸汽→ t过 热水蒸汽。t↑，v↑。过热度D= t- ts
在某一温度下，饱和蒸气和饱和液体 的比体积相同，如c点所示。即饱和蒸气 和饱和液体的状态完全相同，这一状态称 为临界点。
两条线： ①饱和蒸气线或上界线-如图中的c-Ⅲ 线； ②饱和水线或下界线—如图中的c-Ⅱ线。 三个区域： ①过冷水区②湿蒸汽区③过热蒸气区 五个状态：过冷水、饱和水、湿饱和蒸汽、 干饱和蒸汽、过热蒸汽。
定压线 —在h-s图上呈发散分布。由 Tds＝ dh-vdp可知，定压线在h-s图上的斜率为
( h )p T s
饱和区内定压线为一簇斜率不同的直线。 在过热区，随着温度的增高，定压线趋于陡峭 。 定温线—饱和区内与定压线重合；在过热区与定压线自上界 线处分开后逐渐趋于平坦。即p↓→蒸汽性质趋近理想气体。 定容线—走向与定压线相同，但比定压线稍陡(图中虚线)。 定干度线—一组干度等于常数的曲线。 x<0.5的区域图线过密，工程中也不经常使用这部分数据，所 以通常所用的h-s图线中不包括这一区域。
w1 2 pdv 0
1 2
q12 u1,2 (h2 h1 ) v1 ( p2 p1 )
二、定压过程 p1=p2 , 于是可得： w12 p1 (v2 v1 ) q1 2 (h2 h1 ) 三、定温过程 T1=T2,于是可得：
w12 q12 u1,2
如已知湿饱和蒸汽干度x，即可利用饱和水及干饱和蒸汽的 状态参数，求得湿饱和蒸汽的相应状态参数的数值。 湿蒸汽判据。
六、压力为p的过热蒸汽 过热度： 过热蒸汽焓： 比熵
Ts
△t= t – ts
h=h’’+ qsup
dT T dT s c cp 273.16 K T Ts TS T
二、T-s图
分析水蒸气的相变图线可见，上、下 界线表明了水汽化的始末界线，二者统称 饱和曲线，它把T-s图分为三个区域，即液 态区(下界线左侧)、湿蒸汽区(饱和曲线 内)、汽态区(上界线右侧)。 此外，图中还有定干度线、定压线、 定容线、定热力学能线。 焓值的计算： h=u+pv
三、h-s图 h-s图上可直接读出焓值，便于求取焓变。 h-s图的结构：C—临界点，x＝0线，x＝ 1线；定压线、定温线和定容线，在饱和区 内还有定干度线。
hx (1 x)h xh h x(h h)
ux (1 x)u xu u x(u u)
s x (1 x)s xs s x(s s ) v x (1 x)v xv v x(v v )
第七章 水蒸气--steam
§7–1 饱和温度和饱和压力 一.汽化和液化(vaporization and liquefaction) 汽化：由液态到气态的过程 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。
液化：由气相到液相的过程
1
二.饱和状态(Saturated state) 当汽化速度=液化速度时，系统 处于动态平衡，宏观上气、液两相 保持一定的相对数量—饱和状态。 饱和状态的温度—饱和温度，ts(Ts) 饱和状态的压力—饱和压力，ps 加热，使温度升高如t'，并保持定 值，系统建立新的动态平衡。与之 对应，p变成ps'。 所以
t, p
t ts p 保持p不变，t p ps t 保持t不变，p
3
饱和温度、饱和压力以及饱和蒸气的比体积和饱和液体的 比体积具有对应关系。 温度↓→饱和压力↓，饱和蒸气比体积↑、饱和液体比 体积↓。反之亦反。
水的状态变化在p-T图上的表示
c点—临界点。 cTtp线—气液两相转变的汽化曲线。 曲线上每一点对应一个饱和状态，线 上温度和压力表示相应的饱和温度及饱和 压力。每一点可与其p-v图上的饱和状态 区域相对应。整个cTtp线段则和整个气液 两相转变的饱和区域相对应。 Ttp点—实现气相和液相转变的最低 点，也是出现固相物质直接转变为气相物 质的升华现象的起始点。