工程热力学与传热学第七章

定压下水蒸气的形成过程
由 上 可 以 看 出 ， 将 1kg0 ℃ 的 未 饱 和 水 定 压 加 热 为 1kgt℃的过热蒸汽，经历了未饱和水、饱和水、湿饱和蒸 汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽等一系列的状态变化，其吸 收的总热量q总为
q总 q液 q过 (h ' h0 ) (h " h ') (h h ") h h0
ts 178.7 4 ps 0.6 ps
水蒸气的基本概念
式中ps的单位为mpa，ts的 单位为℃。这个函数关系也 可在p-t图上用曲线表示出来， 如图7-1所示。
定压下水蒸气的形成过程
1.定压下水蒸气产生过程的三 个阶段设有 1kg0 ℃的未饱和水， 装在带有活塞的汽缸中，活塞上 施加一个不变的压力p，并对其加 热，使水变为蒸汽的过程均保持 在一定的压力 p 下，如图 7-2 所示， 过程可分为以下三个阶段。
t t ts
定压下水蒸气的形成过程
定压下，将 1kg 干饱和蒸汽加热为过热蒸汽所需要的 热量称为过热热量，用符号q过表示，即
q过 h h "
式中: h——过热蒸汽的焓，kJ/kg。
过热热量也可用下式计算:
q过 c p dt
ts
t
式中:
cp——过热蒸汽的质量定压热容，可查有关 图表。
水蒸气的基本概念
实验指出，一定温度下的饱和蒸气，其分子的浓度和 分子平均动能都是定值，因此，该饱和蒸气的压力也是 一个定值，温度升高，蒸气分子浓度增大，相应的蒸气 压力也升高，所以，对应于一定的温度就有一确定的饱 和压力，换言之，对应于一定的压力，也就有一确定的 饱和温度，其具体的对应关系由物质的性质而定，对于 水，可用下式表示:
定压下水蒸气的形成过程
汽化潜热主要消耗于两个方面:一为内汽化热，用符号 ρ表示，为汽化时用以克服分子间的相互作用力而做的内 功，即内位能的增加；另一为外汽化热，用符号ψ表示， 为汽化时质量体积由v′增至v″而对外做功，故汽化潜热也 可表示为
r (u " u ') p(v " v ')
式中:
u″——干饱和蒸汽的内能，kJ/kg； u′——饱和水的内能，kJ/kg； v″——干饱和蒸汽的质量体积，m3/kg； v′——饱和水的质量体积，m3/kg。
定压下水蒸气的形成过程
因湿蒸汽是水和干蒸汽的混合物，其压力和温度不是 两个彼此独立的状态参数，所以要确定其状态，尚需知 道其中蒸汽、水的成分比例才行，一般用每单位质量湿 蒸汽中所含干蒸汽的质量，即湿蒸汽的干度x来表示
由此推知，只要知道过热蒸汽的焓h和0℃未饱和水的 焓h0，即可求出1kg0℃未饱和水被加热成1kg t℃过热蒸汽 所需要的总热量了。
定压下水蒸气的形成过程
2.水蒸气的p-v图及t-s 为了更好地了解水蒸气定压形成过程的特点，我们把 某一定压力p下水蒸气的形成过程相应地描绘在p-v图及t-s 图上，如图7-3及图7-4所示。
2.饱和状态 在同一时间内，从液体里飞出的分子数等于回到液体 里的分子数，这时，蒸发与凝结虽仍在进行，但液面上 方空间里的蒸气分子数既不增加也不减少，即气液两相 处于动态平衡状态，这种状态称为饱和状态，处于饱和 状态的液体和蒸气分别为饱和液体和饱和蒸气，饱和蒸 气的压力称为饱和压力，以符号ps表示，相应的温度称为 饱和温度，以符号ts或tsat表示，未达到饱和的液体和蒸气， 分别称为未饱和液体和未饱和蒸气。
定压下水蒸气的形成过程
在 p-v 图上，水蒸气形成的三个阶段是一条连续的平 行于v轴的直线，在整个蒸汽形成的过程中，压力不变而 质量体积是不断增加的，即v0<v′<vx<v″<v。 在t-s图上，水蒸气定压形成的整个过程不是一条直线。 在 整 个 定 压 过 程 中 ， 熵 始 终 是 增 加 的 ， 由 图 7-5 可 见 :s0<s′<sx<s″<s 。在 t-s 图上，过程线 a-b 、 b-c 、 c-d 下的 面积，分别表示液体热q液、汽化潜热γ和过热热量q过。
m汽 干蒸气的质量 x 湿蒸汽的质量 m汽 m水
式中: m汽——湿蒸汽中干蒸汽的质量，kg； m水——湿蒸汽中饱和水的质量，kg。
定压下水蒸气的形成过程
(3)干饱和蒸汽的定压过热阶段。 对于饱和蒸汽继续加热，蒸汽的温度升高，质量体积 继续增大，此时蒸汽温度高于对应压力p 下的饱和温度 ts ， 这种状态的蒸汽称为过热蒸汽，其状态用p、v 、t表示，定压 过热过程线，它表示将1kg干饱和蒸汽加热为过热蒸汽的 过程，过热蒸汽的温度与同压力下饱和温度之差称为过 热度，以符号Δt表示
式中:
h′——饱和水的焓，kJ/kg； h0——0℃未饱和水的焓，kJ/kg。
定压下水蒸气的形成过程
液体热也可以用定压比热容求出，即
q液 c p dt
0
ts
在 p 和 t 都不太高时，可取 cp= 常数简化计算。一般取 cp=4.1868kJ/(kg· k)。
定压下水蒸气的形成过程
(2)饱和水的定压汽化阶段。 在整个由饱和水到干饱和蒸汽的过程中，温度始终保 持ts不变，质量体积却明显增大。图7-2中的c点对应着干 饱和蒸汽的状态点，其状态用p、v″、ts描述，图7-2中b-c 线段即是饱和水的定压汽化过程线。把 1kg 饱和水变成 1kg干饱和蒸汽所需要的热量称为汽化潜热，或简称汽化 热，以γ表示，即
定压下水蒸气的形成过程
(1)未饱和水的预热阶段。 图 7-2中的a-b 线段即是未饱和水的预热过程线，它表 示将0℃的未饱和水加热到饱和水的过程，把1kg0℃的未 饱和水加热为饱和水所需要的热量称为液体热或预热热， 用q 液表示，因为定压过程所吸收的热量可用焓差来表示， 所以:
q液 h ' h0
水蒸气的基本概念
1.汽化 液体转变为蒸气的过程称为汽化，反之蒸气 ( 或气体 ) 转变为液体的现象称为液化或凝结。汽化有两种方式，一 种为蒸发，另一种为沸腾。
(1)蒸发。蒸发是在液体表面上缓慢进行的汽化现象。 (2)沸腾。沸腾是汽化的另一种方式，液体沸腾时的 温度称为沸点。
水蒸气的基本概念
h " h '
式中: h″——干饱和蒸汽的焓，kJ/kg。
定压下水蒸气的形成过程
由于汽化过程维持饱和温度 ts 不变，根据 δq=tds ，汽 化热也可按下式计算:
Ts (s " s ')
式中: s′——饱和水的熵，kJ/(kg· K)； s″——干饱和蒸汽的熵，kJ/(kg· K)。