热工基础——水蒸气的热力性质和过程
水蒸气的热力性质和热力过程
水蒸气的热力性质和热力过程水蒸气是水在升温和转化成气态时所形成的物质。
它具有一系列的热力性质和热力过程，对于理解水蒸气的特性和应用都非常重要。
首先，水蒸气的热力性质可以通过热容、比热容、蒸发潜热和饱和水蒸气压等参数来描述。
热容是指物质在吸收或释放热量时，温度的变化程度。
对于水蒸气来说，它的热容随着温度的升高而增加，这是因为水蒸气的分子间作用力较小，因此吸收热量后分子运动更活跃，温度升高的速率更快。
比热容是指单位质量物质温度升高一个单位时所吸收的热量，对于水蒸气来说，其比热容比水要小。
其次，水蒸气的热力过程包括等容过程、等压过程、准静态过程等。
等容过程是指在恒容条件下，水蒸气吸收或释放热量，而温度发生变化。
等压过程是指在恒压条件下，水蒸气吸收或释放热量，而温度发生变化。
准静态过程是指在过程中系统处于平衡状态，及时微小的温度波动也会使系统不再处于平衡状态。
水蒸气还具有一个重要的性质就是饱和水蒸气压。
饱和水蒸气压是指在一定温度下，液态水和水蒸气达到动态平衡时，水蒸气对应的压力。
饱和水蒸气压与温度之间存在着密切的关系，在一定温度范围内，饱和水蒸气压随着温度的升高而增加。
这个关系可以通过饱和水蒸气压与温度的对数关系来描述，即饱和水蒸气压-温度曲线。
这个曲线在一定条件下是稳定的，不会出现温度降低而饱和水蒸气压增加的情况。
水蒸气的热力过程在许多工业和自然现象中都有重要的应用。
例如，在汽轮机中，水的热力能被转化为机械能；在冷凝器中，水蒸气被冷却并变成液态水，释放出大量的热量，用于加热其他物质；在天气系统中，水的蒸发和凝结过程是形成云、降雨、雪等气象现象的基础。
综上所述，水蒸气具有一系列的热力性质和热力过程，对于理解其特性和应用具有重要意义。
我们可以通过热容、比热容、蒸发潜热和饱和水蒸气压等参数来描述水蒸气的热力性质。
水蒸气的热力过程包括等容过程、等压过程和准静态过程等。
这些性质和过程对于水蒸气在工业、自然现象中的应用都有重要的意义。
热工基础(2.3.7)--蒸气的热力性质和热力过程
习 题1试根据热力学第一和第二定律，推导水蒸气的h -s 图中定压线的斜率为 T sh p =∂∂)(2 湿饱和蒸汽的p =0.9MPa ，x =0. 85，试由水蒸气表求t 、h 、v 、s 和u 。
3 过热蒸汽的p 1=3.0 MPa ，t =425℃，根据水蒸气表求v 、h 、s 、u 和过热度，再用h -s 图求上述参数。
4 开水房烧开水用p =0.1MPa ，x =0.86的蒸汽与t =20℃同压下的水混合，试问欲得5t 的开水，需要多少蒸汽和水？5 已知水蒸气p =0.2MPa ，h =1300kJ/kg ，试求其v 、t 和s 。
6 1kg 蒸汽，p 1 =2. 0MPa 、x 1 =0. 95，定温膨胀至p 2=0.1MPa ，求末态v 、h 、s 及过程中对外所作的膨胀功。
7 汽轮机的进口蒸汽参数为p 1=3.0MPa 、t 1=435℃。
若经可逆绝热膨胀至p 2=0.005 MPa ，蒸汽流量为4. 0kg/s ，求汽轮机的理想功率为多少千瓦？8 一刚性容器的容积为0.3m 3，其中五分之一为饱和水，其余为饱和蒸汽，容器中初压为0.1MPa 。
欲使饱和水全部汽化，问需加入多少热量？末态压力为多少？若热源温度为500℃，试求不可逆温差传热的有效能损失。
设环境温度为27℃。
9 容积为0.36m 3的刚性容器中储有t = 350℃的水蒸气，其压力表读数为100kPa 。
现容器对环境散热使压力下降到压力表读数为50kPa 。
试：(1)确定初始状态是什么状态？(2)求水蒸气终态温度；(3)求过程放出的热量和放热过程的有效能损失。
设环境温度为20℃，大气压力为0.lMPa 。
10 在真空度为96kPa ，干度为x =0. 88湿蒸汽状态下，汽轮机的乏汽进入冷凝器，被定压冷却凝结为饱和水。
试计算乏汽体积是饱和水体积的多少倍，以及每公斤乏汽在冷凝中放出的热量。
设大气压力为0.1MPa 。
11 一刚性绝热容器内刚性隔板将容器分为容积相等的A 、B 两部分。
(优选)热工基础水蒸气图表及热力过程
定压过程的参数坐标图
15
二、绝热过程
水蒸气在汽轮机内的膨胀过程、水在水泵中的升压过程等， 在忽略热交换的条件下，都是绝热过程。如果在绝热过程中不 考虑摩擦等不可逆因素，则是定熵过程。定熵过程中关注的是 工质所做技术功的多少。
16
1）确定初、终状态参数 根据已知条件以及过程特点s1=s2，利用图或者表确定
数确定终态及终态的其他参数。
3）将过程及状态表示在p-v、T-s、h-s图上。
4）根据已求得的初、终态参数，应用热力学基本定律计
算热量和功量。
11
一、定压过程
锅炉各换热器内的吸热过程，给水在回热器内的加热过程， 凝汽器中乏汽的放热过程等，在忽略流动压损的条件下，均可 近似地看做定压过程。
12
一、定压过程
8
三、水蒸气的焓熵图
1）：h-s图的结构 h-s图是以焓h为纵坐标，以熵s为横坐标构成的，其分部的 区域多为湿蒸汽和过热蒸汽区：
水蒸气的焓熵图
9
2） h-s图的使用 ①、使用之前，应熟悉每一线群表示的参数单位，清楚 参数单位的分度大小。 ②、根据两个独立的状态参数，在h-s图上找交点。该交 点就是需要确定的状态点，然后读出过该点的相关参数值。
定压过程计算的是工质与外界交换的热量。 1）确定初、终状态参数 根据已知初状态的两个独立状态参数，查水蒸气图和表， 确定其初状态以及未知的其他参数；由过程特点p=常数和终态 点的一个状态参数，确定终状态点及终状态参数。 2) 水蒸气定压过程的参数坐标图 水蒸气定压过程在p-v、T-s、h-s图上的表示如下图所示。
10
第四节水蒸气的热力过程
研究水蒸气的热力过程的目的与分析理想气体热力过程一
样，即为:①确定过程的初态与终态的参数； ②计算过程中的
热工基础-3-(2)-第三章 水蒸气
此阶段所需的热量称为汽化潜热 此阶段所需的热量称为汽化潜热 r ：r = h'' − h'
过热阶段: 过热阶段: 对饱和蒸气继续加热，水蒸气进入过热状态，温度、 对饱和蒸气继续加热，水蒸气进入过热状态，温度、 焓和熵增加 增加。 焓和熵增加。温度超过同压力下饱和蒸气温度的数 值称过热度 过热度： 值称过热度： D = t − ts 干饱和蒸汽
20
Ⅰ
Tc
2'
T
2x
2"
Ⅲ
Ⅰ
1'
Ⅲ
2' 2x
1x
2"
Ⅱ
Ⅱ 10
1'
1"
1x
1"
20 10
x
x
v
s
水蒸汽的p 图和T 水蒸汽的p-v图和T-s图
如果用前面提到的 功量、 的计算， 如果用前面提到的p-v、T-s图进行功量、热量的计算， 用前面提到的 、 图进行功量 热量的计算 则很不方便。 则很不方便。 工程上常用的是： 图 其也有： 工程上常用的是：h-s图。其也有：上、下界线和临 线簇、 界点，定干度线簇 定温线簇、定压、定容线簇 界点，定干度线簇、定温线簇、定压、定容线簇
饱和水
p = const. t = ts
p = const. t = ts v′ < v < v′′ s′ < s < s′′ h′ < h < h′′
p = const. t = ts v = v′′ s = s′′ h = h′′
= T (s − s ) s
'' '
v = v′ s = s′ h = h′
(6)第五章水蒸汽热力性质_热工基础 [兼容模式]
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水和水蒸气是实际气体的代表水蒸气在空气中含量极小, 当作理想气体般情况下一般情况下, 为实际气体, 使用图表是唯工质18世纪, 蒸气机的发明, 是唯一工质直到内燃机发明, 才有燃气工质到内燃机发明,才有燃气质火力发电、核电、供暖、化工的工质优点: 便宜, 易获取, 无毒,膨胀性能好, 传热性能好是实际气体的代表本章主要内容1. 实际工质的物性2. 水蒸气的产生过程3. 水蒸气的图表及性质计算4. 水蒸气热力过程水蒸气蒸气蒸汽Water VaporSteam Vapor St W t V纯物质的热力学面及相图Solid Liquid Gas物质三种聚集状态：固态、液态、气态Solid Liquid Gas 水的三态：冰、水、蒸汽Ice Water Steam热力学面以表的物质存在状态的曲面Ice Water Steam 热力学面：以p ,v ,T 表示的物质存在状态的曲面六个区：三个单相区、三个两相区水的热力学面两相区气固--液单相区液p液--气pT固v固--气vT工程热力学饱和线、三相线和临界点S i li T i l li C i i l i p Saturation line Triple lineCritical point饱和气线饱和液线临界点三相线v饱和固线Ttp tp 611.657Pa,273.16Kp T ==四个线：三个饱和线、一个三相线一个点：临界点纯物质的p -T 相图汽化线p汽化线p 流体流体凝固线液固临界点凝固线液固临界点气三相点气三相点升华线升华线T水T一般物质临界点Critical point工程热力学思考题1. 溜冰冰刀>3741532. 北方冬天晾在外边的衣服, 是否经过液相没有, t c >374.15 ℃3.有没有500ºC 的水？43有4. 有没有-3 ℃的蒸汽？密闭容器内有水的汽液混合物5. 一密闭容器内有水的汽液混合物, 对其加热, 是否一定能变成蒸汽？d ⎛d p T⎜界面临界现象工程热力学界面界面汽化(p z)与饱和()vaporization saturation汽化: 由液态变成气态的物理过程(不涉及化学变化) Vaporization蒸发：汽液表面上的汽化沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化Boiling(气体和液体均处在饱和状态下)工程热力学饱和状态(Saturation state )饱和状态：汽化与凝结的动态平衡Saturation temperature 饱和温度T s一一对应Saturation temperature 饱和压力p s对应Saturation pressure放掉一些水, T s 不变, p s ？T p s sp s =1.01325 bar T s =100 ℃青藏p s =0.6 bar T s =85.95 ℃高压锅p s =1.6 barT s =113.32 ℃纯物质的p -T 相图pp流液液流体流体气固固临界点临界点气三相点三相点一般物质T T水般物质水蒸气的定压发生过程水蒸气定压发生过程说明(1)d Q U W U p VV U V H =Δ+=Δ+∫()U p pV =Δ+Δ=Δ+Δ=Δ(2)0S S S Δ=Δ+Δ>f g (3) 理想气体()h f T =只有熵加热时永远增加实际气体汽化时, T ＝T s 不变, 但h 增加汽化潜热'''h h γ−=(4) 未饱和水过冷度t t t Δ=−过冷水()s 过冷过热蒸汽过热度s t t t Δ=−过热等压线饱和态参数等压线上饱和态参数p t s v’v’’s’s’’(bar)(℃)(m3/kg)kJ/(kg·K)0.0061120.010.00100022206.1750.09.15621.099.630.0010434 1.6946 1.30277.36085.0151.850.00109280.37481 1.86046.821550.0263.920.00128580.03941 2.9209 5.9712 220.64373.9460.003110.00311 4.407 4.407p-v 图, T-s 图上的水蒸气定压加热过程一点, 二线, 三区, 五态c T T >c p p >Tpcp cp c T CCc T T >cp p >3e c a b d e 2e c T 3b 3d 3c 333332c 2d 2a 2b 2e 2c b 2d 1e B A B3a 2a 21c 1a 1b 1d 1e 1c 1a 1b 1d Asv水和水蒸气状态参数及其图表状态公理：简单可压缩系统, 两个独立变量未饱和水及过热蒸汽, 一般已知p、T即可饱和水和干饱和蒸汽, 只需确定p或T湿饱和蒸汽, p和T不独立, 汽液两相1875年, 吉布斯提出了吉布斯相律J.W. 吉布斯(1839~1903)Josiah Willard Gibbs吉布斯函数吉布斯相律统计力学物理化学美国第一位工学博士(1863)第()8年没有薪水的教职吉布斯相律Gibbs phase rule无化学反应时, 热力系独立参数数目为2f k ϕ=−+独立参数自由度组元数共存相数()数对于水1k =单元系单相1ϕ=2f =2个（p 和T ）1两相2ϕ=f =1个（p 或T ）三相3ϕ=0=0个（p 和T 定值）f 四相4ϕ=0f <不可能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两个独参数,如p确定任意两个独立参数, 如：、T2、饱和水和干饱和蒸汽确定p或T3、湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽除p或T外，其它参数与两相比例有关水和水蒸气表两类饱和水和干饱和蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表1、饱和水和干饱和蒸汽表2、未饱和水和过热蒸汽表表的出处和零点的规定表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编制,IFC(国际公式化委员会)1967、1997和2005年先后发表分段拟合的水和水蒸气热力性质公式,但工程上仍会用到图表。
3-水蒸气的热力性质
h2’ h2
p1
wt' h1 h2 oi 1094.2kJ/kg
p2
2 2’
h2' h1 wt' 2237kJ/kg
0.005MPa s x2' 0.87
水蒸气参数对热力设备的影响
高参数水蒸气的基本性质
过热蒸汽的质量热容 过热蒸汽的比体积 过热蒸汽的焓
水蒸气的焓熵图
水蒸气表比较准确，但在分析热力过程时不 如图直观方便，所以实际应用是水蒸气表与 焓熵图配合使用
焓熵图是根据水蒸气表上所列的数据绘制而 成的，以其直观、方便弥补了水蒸气表的不 足，是工程上广泛采用的一种重要工具。
焓熵图_离散与连续的结合
焓熵图的画法(1)
1、零点：h=0，s=0；
水蒸气的基本概念#
汽化：物质由液态变为气态的过程；有蒸发和沸腾两种方式。 在液体的自由表面上进行的恶汽化过程称为蒸发。在液体内 部和表面同时发生的急剧的汽化现象称为沸腾。沸腾只发生 在相应压力所对应的饱和温度，这一温度称为沸点。
液化或凝结：物质由气态变为液态的过程；
饱和状态（两相动平衡状态）、饱和温度、饱和压力（相应 的蒸气压力）、饱和蒸汽、饱和液体。
13
2
ts(4MPa)=250.33℃
4
q = h2-h1
v
水蒸气的定压过程
例：水从30℃ ，4MPa, 定压加热到450
℃ q = h2-h1=3201.83kJ/kg
T
h
3 1
2
h2 4
13 h1
2 4
h1 = 129.37 kJ/kgs
h2 = 3331.2 kJ/ksg
水蒸气的绝热(Isentropic)过程
热工基础第五章.
(2) 根据初态和过程特点以及终态的一个参数值， 确定终态的其它参数值; (3) 根据热力学基本定律，结合过程的特点，计 算过程中工质与外界交换的功量与热量。
10
定容过程：
w0
wt v( p1 p2 )
q u2 u1 (h2 h1 ) ( p2 p1 )v
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定温过程：
湿蒸汽的状态参数 1kg 湿蒸汽是由x kg干蒸汽和（1－x）kg饱 和水混合而成， vx xv 1 x v v x v v 注意 hx xh 1 x h h x h h 单位
sx xs 1 x s s x s s
23
5. 湿空气的焓
湿空气的焓： H
ma ha mv hv
H ha dhv kJ/kg（干空气） 湿空气的比焓：h ma
工程上，取0 C时干空气、饱和水的焓为零，即
ha= 0 、 hv= 0
温度t下干空气和水蒸气的焓分别为
ha c pt 1.005t
温度t下干湿空气的焓为
2. 冷却去湿过程
湿空气被冷却时， 温度降低。在温度降至 露点前其含湿量保持不 变，相对湿度逐渐增加。 当相对湿度达到＝1时， 湿空气饱和，如果再继 续冷却，则析出水份， 过程将沿着的饱和曲线 向含湿量减少、温度降 低的方向进行，如1－2 所示。
28
5－6 干湿球温度计
将干湿球温度计由两个温度计构成，如图所示。 干球温度计：测量空气温度 t 湿球温度计: 测量湿球温度 tw 如果将干湿球温度计置于通风良 好的湿空气中，由于湿球温度计上湿 布的水分蒸发,吸收汽化潜热，使湿 纱布中的水温降低，湿球温度计读书 下降。当水分蒸发所需要的热量等于 周围空气所传给的热量时，湿球温度 计读书维持在某一数值不变，这一温 度值称为湿球温度 tw 。
热工基础--水蒸气图表及热力过程
如图所示，实际绝热膨胀过程按1-2′进行，且不可逆程度越 大，过程线1-2′越向右偏斜。
不可逆绝热过程的技术功wt ′ =h1-h2′ ，由于不可逆因素造 成的做功损失wt ′ =h2′ - h2。
①、已知p或t和干度x，由于干度x仅对湿蒸汽有意义，因
此处于湿蒸汽状态。
②、已知（p,t），查饱和水与饱和蒸汽表，得已知压力
下的对应饱和温度ts，其中
t ＜ ts ,未饱和状态。 t = ts ，饱和状态，需用干度再确定状态。 t ＞ ts ， 过热蒸汽状态。
3)、水蒸气状态的确定
①、已知p(或t)和某一参数如v、h、s,查饱和水与饱和蒸
2）几点说明 ①：u=h-pv(工程使用较少，未列)； ②：对于湿蒸汽的状态参数，要根据干度以及该压力下
的饱和水与干蒸汽计算，如hx = (1-x)h '+xh ''. ③:表中没有列出的中间温度和中间压力，要用内插法。
3)、水蒸气状态的确定
根据已知参数由水蒸气表确定其他未知参数时，必须先判
断工质的状态，再根据所处状态查对应的表，具体方法如下：
第四节水蒸气的热力过程
研究水蒸气的热力过程的目的与分析理想气体热力过程一 样，即为:①确定过程的初态与终态的参数； ②计算过程中的 能量。但由于水蒸气是实际气体，其参数的确定要使用 水蒸气 热力性质表和焓熵图。
分析水蒸气热力过程的一般步骤为： 1）用水蒸气图表，由初态的已知参数确定其他参数； 2）根据过程性质，如定压、定熵等，加上终态的已知参 数确定终态及终态的其他参数。 3）将过程及状态表示在p-v、T-s、h-s图上。 4）根据已求得的初、终态参数，应用热力学基本定律计 算热量和功量。
工程热力学(第5章--水蒸汽的热力性质)
18
5-2 水蒸气的定压产生过程
所以：随着p升高，b点向右移动，d点向左移动，即 预热过程增长，汽化过程缩短，过热过程增加。
19
5-2 水蒸气的定压产生过程
当压力升高至pc=22.064MPa时，汽化过程缩成一点，即临 界点C，同时产生两线（CM、CN）和三区（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）。
D = t - ts
h
15
➢水蒸气定压产生过程中热量的计算
1.水的定压预热阶段：
液体热 ql h ' h0 kJ/kg
T
2.饱和水的定压汽化过程：
汽化潜热 r h" h ' kJ/kg
Ts
b
e d
r Ts s" s ' kJ/kg
3.干蒸汽的定压过热过程：
过热热 qs h h" kJ/kg
2
本章主要内容 水蒸气的饱和状态 水蒸气的定压产生过程 水蒸气的热力性质图表 水蒸气的基本热力过程
3
5-1 水蒸气的饱和状态
一、汽化：液态→汽态 （如锅炉水冷壁中水的汽化过程）
汽化方式有两种：1）蒸发，2）沸腾。
1、蒸发——在液体表面缓慢进行的汽化现象。
特点：它能在任何温度下进行；液体的蒸发速度取决于 液体的性质、液体的温度、蒸发表面积和液面上气流的流速。
饱和状态的特点： p s
①汽水共存；
ts
②汽水同温；
③饱和压力与饱和温度
成一一对应关系.
ts f ps
8
饱和温度与饱和压力的关系
ts f ps
ps上升， ts上升 ts上升， ps上升
饱和压力 0.005MPa
第三章-3-水蒸气
v
0.0010002 0.0010078 0.0010171
8.119 9.052
h
0.0 167.5 251.1 2647.8 2724.4
s
0.0001 0.5721 0.8310 8.0205 8.2261
使用水和水蒸气热力性质表时注意：
• 先根据已知参数确定状态，以决定要使用的表。 • 查表时仍要用到线性插值法。
饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）
p, MPa
r, kJ/kg
t / o C v', m3/kg v", m3/kg h', kJ/kg h", kJ/kg
s',
s",
kJ/(kg K) kJ/(kg K)
0.001 2484.5 6.982 0.0010001 129.208 29.33 2513.8 0.1060 8.9756
湿蒸汽区（两相区、饱和区，上下界线之间） 过热蒸汽区（上界线右侧） 五态：未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽
水蒸气定压加热过程的p-v图和T-s图 一点，二线，三区，五态
p
T
未
pc
饱 和
水
区
C
T Tc
过热蒸汽区
Tc
两相区
x=0
Tc 未 饱 和 水 区 x=0
v
p pc pc C 过热蒸汽区
p-v图和T-s图 一点，二线，三区，五态
p
未
pc
饱 和
水
区
T
C
过热蒸汽区
T Tc
Tc
Tc 未饱
和水 区
两相区
x=0
x=0
v
p pc pc C 过热蒸汽区
热工基础--水蒸气图表及热力过程(精品课件)
水蒸气的定熵过程
17
2）绝热过程的参数坐标图
水蒸气绝热过程在参数坐标图上的表示如图5-12、如图5-13 所示。
18
3）工质与外界交换的功量
根据查得的初、终态点的各参数，结合过程特点，利用能量 方程式得到：wt=- △h=h1-h2（定熵过程的技术功等于焓降）。
t = ts ，饱和状态，需用干度再确定状态。
t ＞ ts ， 过热蒸汽状态。
8
三、水蒸气的焓熵图
1）：h-s图的结构 h-s图是以焓h为纵坐标，以熵s为横坐标构成的，其分部的 区域多为湿蒸汽和过热蒸汽区：
水蒸气的焓熵图
9
2） h-s图的使用 ①、使用之前，应熟悉每一线群表示的参数单位，清楚 参数单位的分度大小。 ②、根据两个独立的状态参数，在h-s图上找交点。该交 点就是需要确定的状态点，然后读出过该点的相关参数值。
定压过程计算的是工质与外界交换的热量。 1）确定初、终状态参数 根据已知初状态的两个独立状态参数，查水蒸气图和表， 确定其初状态以及未知的其他参数；由过程特点p=常数和终态 点的一个状态参数，确定终状态点及终状态参数。 2) 水蒸气定压过程的参数坐标图 水蒸气定压过程在p-v、T-s、h-s图上的表示如下图所示。
数确定终态及终态的其他参数。
3）将过程及状态表示在p-v、T-s、h-s图上。
4）根据已求得的初、终态参数，应用热力学基本定律计
算热量和功量。
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一、定压过程
锅炉各换热器内的吸热过程，给水在回热器内的加热过程， 凝汽器中乏汽的放热过程等，在忽略流动压损的条件下，均可 近似地看做定压过程。
热工基础水蒸气图表及热力过程演示文稿
二、水蒸气热力性质表 ①饱和水与饱和水蒸汽热力性质表
1）水蒸气表 ②未饱和水与过热蒸汽表 t
①饱和水和饱和水蒸气热力性质表编排形式 p
注:各参数的单位，t—ps，v、h、s、r(′ 〞)。
注:各参数的单位，p—ts，v、h、s、r(′ 〞)。
②未饱和水与过热蒸汽表:根据不同温度和不同压力，相应地 列出未饱和水和过热蒸汽的v、h、s。用粗黑线分隔，粗线 上方为未饱和水的参数，粗线下方为过热蒸汽的参数。
2）几点说明 ①：u=h-pv(工程使用较少，未列)； ②：对于湿蒸汽的状态参数，要根据干度以及该压力下
的饱和水与干蒸汽计算，如hx = (1-x)h '+xh ''. ③:表中没有列出的中间温度和中间压力，要用内插法。
3)、水蒸气状态的确定
根据已知参数由水蒸气表确定其他未知参数时，必须先判
断工质的状态，再根据所处状态查对应的表，具体方法如下：
三、水蒸气的焓熵图 1）：h-s图的结构 h-s图是以焓h为纵坐标，以熵s为横坐标构成的，其分部的
区域多为湿蒸汽和过热蒸汽区：
水蒸气的焓熵图
2） h-s图的使用 ①、使用之前，应熟悉每一线群表示的参数单位，清楚 参数单位的分度大小。 ②、根据两个独立的状态参数，在h-s图上找交点。该交 点就是需要确定的状态点，然后读出过该点的相关参数值。
1-2是从湿蒸汽定压加热成温度为t2的过热蒸汽，3-4是从未 饱和水定压加热成过热蒸汽。当初状态为未饱和水或是饱和水 时，定压过程不能在h-s图上表示。
定压过程的参数坐标图
3）工质与外界交换的热量 若已知初态点1的任意两个状态参数，如p1、x1,以及终态 点2的一个状态参数，如t2,则可在h-s图上确定过程初终状态点， 并得到其他状态参数，如图所示。 根据查的的初、终态点的各参数，结合过程特点，利用 能量方程式得到: q=h2-h1 (定压过程的热量等于焓差)
水蒸气性质
热工基础与应用
第三章
3、过热阶段 t
t 过热蒸汽（气）： t s 的蒸汽（气）
过热度：D t ts
过热蒸气 p
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热工基础与应用
第三章
（二）改变压力后的过程（ p2 1.0MPa , t02 0.01C ）
相同点：依然经历三个阶段 不同点：t s ↑ 与压力一一对应ts ts ( ps ) , ps ps ( ts )
所以
D t1 ts1 500 303 . 39 196 . 6C
(2)由 p1 9.0MPa, t1 500 ‴，查得(过热蒸气表或h-s图)
h1 3386 kJ/kg, s1 6.66kJ/(kg K)
蒸汽轮机是绝热过程，若可逆则是定熵过程：
2
2
s2 s1 6.66kJ/(kg K)
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热工基础与应用
第三章
2、汽化阶段 t t s 保持不变
湿饱和蒸气
干饱和蒸气
p
p
饱和蒸汽（气）：t t s 的蒸汽（气）
湿（饱和）蒸汽（气）：饱和蒸汽与饱和水（液）两相共存的状态。
饱和蒸汽（气）的状态参数（除温度、压力外）加上 h 标 “ ″"，如：, s,v 汽化（潜）热：r h h Ts ( s s )
T
C
1
p2
2
s
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三、蒸气的热力过程
步骤： 1、由已知初态的两个独立参数，在蒸气热力性质图 表上查算出其余各初态参数之值。 2、根据过程特征和终态的一已知参数，由蒸气热力 性质图表查取终态状态参数值。 3、由查算得到的初、终态参数，应用热力学第一、 q 第二定律的基本方程计算出： 、w(wt )、h、u、sg
热工基础--水蒸气图表及热力过程复习过程
v ＜v ',未饱和状态。 v =v ', 饱和状态，需用干度再确定状态。 v ' ＜ v ＜v '', 工质处于湿蒸汽状态. v =v '' ， 干饱和蒸汽状态。 v ＞ v '' ， 过热蒸汽状态。
7
三、水蒸气状态的确定
根据已知参数由水蒸气表确定其他未知参数时，必须先判
断工质的状态，再根据所处状态查对应的表，具体方法如下：
①、已知p或t和干度x，由于干度x仅对湿蒸汽有意义，因
此处于湿蒸汽状态。
②、已知（p,t），查饱和水与饱和蒸汽表，得已知压力
下的对应饱和温度ts，其中
t ＜ ts ,未饱和状态。
t = ts ，饱和状态，需用干度再确定状态。
t ＞ ts ， 过热蒸汽状态。
20
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初、终状态参数。若初状态是湿蒸汽或过热蒸汽，则可在h-s图 上确定过程的初、终态点，并得到其他状态参数，如下图所示：
水蒸气的定熵过程
17
2）绝热过程的参数坐标图
水蒸气绝热过程在参数坐标图上的表示如图5-12、如图5-13 所示。
18
3）工质与外界交换的功量
根据查得的初、终态点的各参数，结合过程特点，利用能量 方程式得到：wt=- △h=h1-h2（定熵过程的技术功等于焓降）。
数确定终态及终态的其他参数。
3）将过程及状态表示在p-v、T-s、h-s图上。
4）根据已求得的初、终态参数，应用热力学基本定律计
算热量和功量。
11
一、定压过程
锅炉各换热器内的吸热过程，给水在回热器内的加热过程， 凝汽器中乏汽的放热过程等，在忽略流动压损的条件下，均可 近似地看做定压过程。
HTRI 3-水蒸气的热力性质(3学时)
临界点和三相点
临界 点 液态区
汽态区
水的临界温度为 374℃，临界压力为 220bar
水和水蒸汽的状态参数图表#
水蒸气的参数一律应该从图或表中差的，而不宜用一些经验公式， 更不能使用理想气体状态方程或从它导出的一些理想气体公式
水蒸气的焓熵图
水蒸气表比较准确，但在分析热力过程 时不如图直观方便，所以实际应用是水 蒸气表与焓熵图配合使用 焓熵图是根据水蒸气表上所列的数据绘 制而成的，以其直观、方便弥补了水蒸 气表的不足，是工程上广泛采用的一种 重要工具。
热工基础3——水蒸气的热力性 质
水蒸气的基本概念#
汽化：物质由液态变为气态的过程；有蒸发和沸腾两 种方式。在液体的自由表面上进行的恶汽化过程称为 蒸发。在液体内部和表面同时发生的急剧的汽化现象 称为沸腾。沸腾只发生在相应压力所对应的饱和温度， 这一温度称为沸点。 液化或凝结：物质由气态变为液态的过程； 饱和状态（两相动平衡状态）、饱和温度、饱和压力 （相应的蒸气压力）、饱和蒸汽、饱和液体。 湿饱和蒸汽（湿蒸气）、干饱和蒸汽（干蒸气）、未 饱和液体（温度低于其压力所对应的饱和温度的液 体）、过热蒸气
绝热节流
绝热节流*
概念：工质在管内流动时，遇到突然缩小的狭窄通 路（如阀门、孔板），局部阻力使流体的压力下降 的现象叫做节流；如果流体与外界没有热交换，则 称为绝热节流。 绝热节流是由于局部阻力使流体压力降低的现象。 节流是典型的不可逆过程，略左绝热节流前后动能 的变化，可得到h1＝h2，即绝热节流前后焓值相等， 但不能把绝热节流叫做定焓过程，实际节流孔的附 近，流体处于非平衡态状态。
水蒸气的绝热节流
• 过热蒸汽节流后温度虽然 降低了，过热度却增加了， 湿蒸汽绝热节流后，大多数 情况下干度增加了，可以变 成干蒸汽 • 蒸汽的做功能力降低了
工程热力学水蒸气的热力性质和过程
工程热力学水蒸气的热力性质和过程水蒸气的热力性质和过程是工程热力学中的重要内容，涉及到水蒸气的热力性质、热力过程和水蒸气循环过程等方面。
下面将从水蒸气的热力性质、热力过程和水蒸气循环过程三个方面进行详细介绍，以期更好地了解工程热力学中的水蒸气。
首先，水蒸气的热力性质。
水蒸气是一种理想气体，因此可以采用理想气体状态方程描述其热力性质。
根据理想气体状态方程，水蒸气的体积与压力、温度之间满足以下关系：PV=mRT，其中P是水蒸气的压力，V是体积，m是物质的量，R是气体常数，T是温度。
此外，根据水蒸气的物性数据，可以得到水蒸气的比容、比焓、比熵、比内能等热力性质的计算公式。
其次，水蒸气的热力过程。
热力过程是指物体在一定条件下发生的热态变化过程。
对于水蒸气而言，常见的热力过程有等温过程、等焓过程、等熵过程和绝热过程等。
等温过程是指水蒸气在恒温条件下的热力变化过程，其内能变化为零，熵的变化为常数。
等焓过程是指水蒸气在等焓条件下的热力变化过程，其焓变化为零，温度和熵的变化为常数。
等熵过程是指水蒸气在等熵条件下的热力变化过程，其熵变化为零，温度和焓的变化为常数。
绝热过程是指水蒸气在绝热条件下的热力变化过程，其熵的变化为零，温度和焓的变化均不为常数。
最后是水蒸气循环过程。
水蒸气循环是工程热力学中常用的能量转换循环，广泛应用于电力、化工、航空等工业领域。
常见的水蒸气循环包括朗肯循环、卡诺循环和布雷顿循环等。
朗肯循环是一种理想化的热力循环，由四个连续的基本过程组成：等压加热、等熵膨胀、等压冷凝和等熵压缩。
卡诺循环是一种热力效率最高的循环，由两个等温过程和两个绝热过程组成。
布雷顿循环是一种常用的蒸汽动力循环，由蒸汽锅炉、蒸汽涡轮机和冷凝器等设备组成。
综上所述，水蒸气的热力性质和过程是工程热力学中的重要内容，涉及到水蒸气的热力性质、热力过程和水蒸气循环过程等方面。
通过深入了解水蒸气的热力性质和热力过程，我们可以更好地应用工程热力学的原理和方法，在实际工程中合理利用和控制水蒸气的能量转换过程，提高工程的热力效率。
热工基础--水蒸气图表及热力过程
20
，饱和状态，需用干度再确定状态。 ， 过热蒸汽状态。
t ＞ ts
8
三、水蒸气的焓熵图
1）：h-s图的结构
h-s图是以焓h为纵坐标，以熵s为横坐标构成的，其分部的
区域多为湿蒸汽和过热蒸汽区：
水蒸气的焓熵图
9
2） h-s图的使用 ①、使用之前，应熟悉每一线群表示的参数单位，清楚 参数单位的分度大小。 ②、根据两个独立的状态参数，在 h-s 图上找交点。该交 点就是需要确定的状态点，然后读出过该点的相关参数值。
，饱和状态，需用干度再确定状态。 ， 过热蒸汽状态。
t ＞ ts
6
3)、水蒸气状态的确定
①、已知 p( 或 t) 和某一参数如 v 、 h 、 s, 查饱和水与饱和蒸
汽表，得已知p(或t)下的v‘和v '' 。 v ＜v ',未饱和状态。
v =v ', 饱和状态，需用干度再确定状态。 v ' ＜ v ＜v '', 工质处于湿蒸汽状态. v =v '' ， 干饱和蒸汽状态。 v ＞ v '' ， 过热蒸汽状态。
定压过程计算的是工质与外界交换的热量。 1）确定初、终状态参数 根据已知初状态的两个独立状态参数，查水蒸气图和表， 确定其初状态以及未知的其他参数；由过程特点 p=常数和终态 点的一个状态参数，确定终状态点及终状态参数。 2) 水蒸气定压过程的参数坐标图 水蒸气定压过程在 p-v 、 T-s 、 h-s 图上的表示如下图所示。
实际上，水蒸气在汽轮机中的工程过程中，因存在摩擦等不
可逆因素，熵流虽为零，但熵产始终大于零，因此不是定熵过程， 而是熵增的过程。
19
如图所示，实际绝热膨胀过程按 1-2′ 进行，且不可逆程度越 大，过程线1-2′越向右偏斜。 不可逆绝热过程的技术功wt ′ =h1-h2′ 成的做功损失wt ′ =h2′ - h2。 ，由于不可逆因素造
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2
pdv
1
pv2 v1
3、 饱和水的比体积随压力的升高略有增加，而饱和蒸汽的比 体积则随压力的升高明显的减小。
4、临界点上的比汽化潜热为零，即汽化在一瞬间完成。
第三节 水蒸气表
饱和水与饱和水蒸气表、未饱和水与过热蒸汽表
一、饱和水与饱和水蒸气表
1. 按温度排列，附表2
tp, v’，h’，s’， v”，h”，s” 2. 按压力排列，附表3
cp cv R
水蒸汽的热力学能、焓和熵通过查图和表求得。
第二节 水的定压汽化过程和
水蒸气的p-v图及T-s图
汽化和液化
蒸发 汽化
沸腾
一、饱和温度和饱和压力
饱和状态 相应的温度和压力称为饱 和温度（ts）和饱和压力， 两者一一对应。 ts =f(P)
饱和蒸汽 饱和水
二、水的定压汽化过程
容器中装有1kg水， p 0.1MPa ta 0C va 0.001 m3 kg
v’,v”
v >v” 过热蒸汽
Sx，hx
2、根据状态查相应的图或表，湿蒸汽查饱和水与饱和蒸 汽表，再利用干度公式求出。
3、热力学能利用公式u=h-pv求得。
例 P=0.5Mpa，v=0.36m3/kg，确定状态，并求出温 度、比焓、比热力学能和比熵。
解查：饱和水与饱和蒸汽表 ts=151.85C，v’=0.0010928m3/kg， v”湿=0蒸.3汽7481xm 3v/kvg' 0.96
处于平衡态单相均匀系= f ( p或 T )。v’，u’，h’，s’ （3）d：干饱和蒸汽，t = ts ， p、T 不再是独立的状态参数
处于平衡态单相均匀系= f ( p或T )。v”，u”，h”，s”
p
T
ab
cd e
e
va v’vx v” v
v
Ts
b
cd
a
s0
s’
sx s” s
s
（4）c：湿蒸汽，饱和水和饱和蒸汽的混合物 t = ts ， p、T 不是独 立的状态参数。 处于平衡态双相非均匀系= f ( p或T，x )。
>100℃
0℃
100℃
100℃
100℃
va
v
p
a bc d e
vx
v
v
T e
bc d a
v
s
p
T
ab
cd e
e
va v’ vx v” v
五个状态：
v
Ts
b
cd
a
s0
s’
sx s” s
s
（1）a：未饱和水（过冷水），t < ts 过冷度t = ts- t ,
p、T 是独立的状态参数，单相均匀系= f ( p， T )。 （2）b：饱和水，t = ts ， p、T 不再是独立的状态参数
水蒸气的热力性质和过程
第一节 概述 第二节 水的定压汽化过程和
水蒸气的p-v图及T-s图 第三节 水蒸气表 第四节 水蒸气的h-s图 第五节 水蒸气的基本热力过程
第一节 概 述
范德瓦尔方程
( p a )(vb) RT v2
实际气体的热力学能和焓不仅是温度的函数，且与体积有 关，所以比热容也是温度和体积的函数。
第四节 水蒸气的h-s图
h
一、定压线：dqp = dh， dq = T.ds，
h T s p
定压预热阶段：向上凹曲的曲线；
C
X=1 定压汽化阶段：直线；
定压过热阶段：上凹曲的曲线。
二、定温线：在湿蒸汽区定压线 s 就是定温线，因而定温线在湿蒸
汽区为直线；在过热蒸汽区为向 右凸曲的曲线， 越往右，定温线 越趋于水平。 三、定干度线：湿蒸汽区不同定压线上干度相同的状态点的
3）根据初、终状态参数求出功、热量以及焓、熵变化量。
一、定容过程（v= 常数 )
2
体积功 wv 1 pdv 0
技术功
wt ,v
2
vdp
1
v p1
p2
qv u2 u1 h2 p2v2 h1 p1v1 h2 h1 v p2 p1
二、定压过程（p= 常数 )
体积功
w p
干度x：1kg湿蒸汽中含xkg的饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。
vx xv1 xv ux xu1 xu sx xs1 xs hx xh1 x
（5）e：过热蒸汽，t > ts , 过热度t = t- ts , p、T 是独立的状态参数，单相均匀系= f ( p , T )。
三个阶段： 1）定压预热阶段a-b：未饱和水变为饱和水。比液体热：
e
va v’vx v” v
v
Ts
b
cd
a
s0
s’
sx s” s
s
三、水蒸气的p-v图和T-s图
p
未
C
饱
和
水区x=0
过热蒸汽区
x=1
湿蒸汽区
0 v
T
C
未
饱
和
水
区
过热蒸汽区
湿蒸汽区
x=0
x=1
0
s
1、一点二线三区五态。
2、当压力升高时，饱和温度随之升高，汽化过程缩短，比汽化 潜热减少，预热过程变长，比液体热增加。
连线。
第五节 水蒸气的基本热力过程
目的：1）初、终状态参数；
2）过程功、热量以及焓、熵的变化量。
q uw
2
w pdv
1
q p h
求解步骤：
q h wt
2
wt vdp
1
qv u
h u pv2q源自 Tds1可逆过程
1）根据初态已知条件查图或表得到其他状态参数。
2）根据过程特征和终态参数查图或表得到其他终态参数。
ql
tS 0
c p dt
h ho
面积 abssoa
2）定压汽化阶段b-c-d：饱和水变为干饱和蒸汽，既是定压又是
定温的相变加热过程。比汽化潜热：
r h"h' 面积bdssb
3）定压过热阶段d-e：饱和蒸汽变成过热蒸汽，比过热热：
qsup
t tS
c
p dt
h
h
面积dessd
p
T
ab
cd e
v"v'
h’=640.1kJ/kg，h”=2748.5kJ/kg s’=1.8604kJ/(kgK)，s”=6.8215kJ/(kgK)
hx xh"(1 x)h' 0.962748 .5(10.96)640 .1 2663 .78kJ / kg
sx xs"(1 x)s' 0.966.8215 (10.96)1.8604 6.6231 kJ /(kgK ) ux hx pv 2663 .78 0.510 6 0.3610 3 2483 .78kJ / kg
pts, v’，h’，s’， v”，h”，s” 湿蒸汽： v’，h’，s’
v”，h”，s”
vx hx s x
x 二、未饱和水与过热水蒸气表
t，p v， h， s
u=h-pv
三、计算步骤
1、确定状态 t <ts 未饱和水 已知（p，t） t >ts 过热蒸汽
ts
v <v’ 未饱和水
已知（p，v） v’<v <v” 湿蒸汽 x