水蒸气相变及定压产生过程
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水蒸气相变 及定压产生过程..共38页文档
敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
水蒸气相变 及定压产生过程..
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
水蒸气相变 及定压产生过程..
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
水的定压汽化过程与水蒸气的热力过程(ppt 30页)
一一对应
Ts
ps=1.01325bar 青藏 ps=0.6bar 高压锅 ps=1.6bar
ps
ts=100 ℃ ts=85.95 ℃ ts=113.32 ℃
二、水的定压汽化过程
容器中装有， p0.1MPa ta 0C
va
0.00m 13
>100℃
kg
0℃
100℃
100℃
100℃
va
离液态水不远，工作过程有集态变化。且水 蒸气分子间不仅存在作用力，分子占有容积， 而且水蒸汽是由一个分子、二个、三个、四 个分子机械结合成复合体的混合物，而且随 着参数的变化，结合与分裂现象不断发生， 因此水蒸气的性质不同于一般的气体，更不 同于理想气体。
水蒸气的状态方程，比热关系式及u、h、
s 的分析式可以从实验和理论结合的方法得 到，一些经验的公式相当复杂，用于一般工 程计算不方便，为了计算方便将水蒸气性质 的复杂公式，用计算机计算出水蒸气的热力 性质，经实验验证后，编成图、表直接查用， 简单、方便、精确。
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
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。
一、饱和温度和饱和压力
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。
相应的温度和压力称为饱 和温度（ts）和饱和压力(PS)，
第十章水蒸气
3、定干度线：湿蒸汽区不同定压线上干度相同的状态点的 连线。
❖ 489、水的定压汽化过程经历了除——以外的 三个阶段。 (191565:第02章 工程热力学:283)
❖ A．定压升温阶段 ❖ B．定压预热阶段 ❖ C．定压汽化阶段 ❖ D．定压过热阶段 ❖ 491、湿蒸汽的状态由＿决定。 (191567:第02
❖ A．过冷水状态区 ❖ B．湿蒸汽状态区 ❖ C．过热蒸汽状态区 ❖ D．固体状态区 ❖ 499、在水蒸气的p—V图中，饱和水线和饱和
蒸汽线之间的区域称为＿＿＿。 (191575:第 02章 工程热力学:293) ❖ A．过冷水状态区 ❖ B．湿蒸汽状态区 ❖ C．过热蒸汽状态区
3、比内能利用公式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=151.867C，v’=0.0010925m3/kg， v”湿=0蒸.3汽748x6mv3/vk'g 0.96
v"v'
h’=640.35kJ/kg，h”=2748.59kJ/kg s’=1.8610kJ/(kgK)，s”=6.8214kJ/(kgK)
饱和蒸汽 饱和水
饱和蒸气：处于饱和状态的蒸气 饱和液体：处于饱和状态的液体
湿饱和蒸气：饱和蒸气和饱和液体的混合物，简称湿蒸气 干饱和蒸气：不含有饱和液体的饱和蒸气 未饱和液体：温度低于其压力所对应的饱和温度的液体
三、沸腾
在一定的温度下，液体的内部和表面同时发生的急剧的汽化现象称 为沸腾。 沸点：沸腾只能发生在相应压力所对应的饱和温度，这一温度称为 沸点。 四、液化（凝结）
物质由气态变成液态的过程。 在一定的压力下，蒸汽的冷凝温度与液体的沸点相等。冷凝要放热
❖ 489、水的定压汽化过程经历了除——以外的 三个阶段。 (191565:第02章 工程热力学:283)
❖ A．定压升温阶段 ❖ B．定压预热阶段 ❖ C．定压汽化阶段 ❖ D．定压过热阶段 ❖ 491、湿蒸汽的状态由＿决定。 (191567:第02
❖ A．过冷水状态区 ❖ B．湿蒸汽状态区 ❖ C．过热蒸汽状态区 ❖ D．固体状态区 ❖ 499、在水蒸气的p—V图中，饱和水线和饱和
蒸汽线之间的区域称为＿＿＿。 (191575:第 02章 工程热力学:293) ❖ A．过冷水状态区 ❖ B．湿蒸汽状态区 ❖ C．过热蒸汽状态区
3、比内能利用公式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=151.867C，v’=0.0010925m3/kg， v”湿=0蒸.3汽748x6mv3/vk'g 0.96
v"v'
h’=640.35kJ/kg，h”=2748.59kJ/kg s’=1.8610kJ/(kgK)，s”=6.8214kJ/(kgK)
饱和蒸汽 饱和水
饱和蒸气：处于饱和状态的蒸气 饱和液体：处于饱和状态的液体
湿饱和蒸气：饱和蒸气和饱和液体的混合物，简称湿蒸气 干饱和蒸气：不含有饱和液体的饱和蒸气 未饱和液体：温度低于其压力所对应的饱和温度的液体
三、沸腾
在一定的温度下，液体的内部和表面同时发生的急剧的汽化现象称 为沸腾。 沸点：沸腾只能发生在相应压力所对应的饱和温度，这一温度称为 沸点。 四、液化（凝结）
物质由气态变成液态的过程。 在一定的压力下，蒸汽的冷凝温度与液体的沸点相等。冷凝要放热
工程热力学与传热学10)水蒸气
湿蒸汽的干度和湿度
干度x：湿蒸汽中饱和蒸汽所占的质量百分比。
mV 湿蒸汽中干蒸汽的质量 x 湿蒸汽总质量 mV mW
mv mW
湿度y：湿蒸汽中饱和水所占的质量百分比。
mW 湿蒸汽中饱和水的质量 y 湿蒸汽总质量 mV mW
显然： x+y=1
饱和水的x=0; 干蒸汽的x=1
比容 温度 t （℃） 压力 P (MPa) 0.000611 焓 汽化 潜热 熵
v’
(m3/kg) 0.0010002
v”
(m3/kg) 206.312
h’
(kJ/kg) -0.04
h”
(kJ/kg) 2501.0
r
s’
s”
(kJ/kg) (kJ/kg·K) (kJ/kg·K) 2501.0 -0.0002 9.1565
1、预热阶段
未饱和水（过冷水）
饱和水
p 定值
过冷度
p 定值
t0 t s v 0 v s0 s h0 h
t0 v0 s0 h0
Δ t=t-ts
ts v s h
注意比较v0和v′ 的大小！
这个阶段所需的热量称为液体热 ql
ql h h0
'
2、汽化阶段
p 定值 ts v s h
湿蒸汽区：上、下界限线之间的锺罩形区域
五态
过热蒸汽：一定压力下，温度高于对应饱和温度的蒸汽。 或者说：一定温度下，压力低于饱和蒸汽压的蒸汽。 饱和蒸汽：一定压力下，温度等于对应饱和温度的蒸汽。 或者说：一定温度下，压力等于饱和蒸汽压的蒸汽。 湿蒸汽：饱和蒸汽与饱和液体的机械混合物。 饱和液体：一定压力下，温度等于对应饱和温度的液体。 或者说：一定温度下，压力等于饱和蒸汽压的液体。 未饱和液体：一定压力下，温度低于对应饱和温度的液体。 或者说：一定温度下，压力高于饱和蒸汽压的液体。
知识点：水蒸汽的定压产生过程PPT.
加热 （b） 饱和水
加热 （c） 湿饱和蒸气 定压汽化阶段
加热 （d） 干饱和蒸气 定压过热阶段
加热 （e） 过热蒸气
图1 水蒸汽的定压产生过程示意图
t＞t s
v=v ′
v=v ″
v=v 0
t=t s
v=v x
t=t s
t=t s
v=v
知识点：水蒸汽的定压产生过程
程可以分为三个阶段，在整个过程中水有五种状态。 1.未饱和水的定压预热阶段 水温低于饱和温度的水称为未饱和水，如图1（a）所示 对未饱和水加热，其温度不断升高，水的比容略有增大，当 水温达到压力p所对应的饱和温度tS时，水将开始沸腾，这 时的水称为饱和水，如图1（b）所示。水在定压下，从未饱 和水状态加热到饱和水状态的过程称为水的定压预热阶段。 2.饱和水定压汽化阶段 对饱和水继续加热，水开始沸腾汽化。这时，饱和压力 不变，饱和温度也不变。这种蒸汽和水的混合物称为湿饱和 蒸汽（简称为湿蒸汽），如图1（c）所示。随着加热过程的 继续进行，水逐渐减少，蒸汽逐渐增多，直至水全部转化为
知识点：水蒸汽的定压产生过程
工程上所用的水蒸汽都是在锅炉内定压加热，使之持续 沸腾而得到的。其产生过程可通过图1来说明。 将1kg温度为 0.01℃的纯水置于带有活塞的定压容器中 活塞上加载恒定压力p ，使水在定压下变为水蒸汽，发生过
P=常数 P=常数 P=常数 P=常数 P=常数
t=0.0Leabharlann ℃加热 （a） 未饱和水 定压预热阶段
知识点：水蒸汽的定压产生过程
蒸汽这时的蒸汽称为干饱和蒸汽(简称饱和蒸汽)，如图1(d) 所示。把饱和水定压加热为干饱和蒸汽的过程称为饱和水的 定压汽化阶段。 这一阶段吸收的热量称为汽化潜热，用r表示。即将1kg 饱和液体转变成同温度的干饱和蒸汽所吸收的热量，称为汽 化潜热。 为了区分湿饱和蒸汽中干饱和蒸汽的含量，引进湿饱和 蒸汽的干度的概念。所谓湿饱和蒸汽的干度是在1kg湿饱和蒸 气中含有干饱和蒸汽的质量用x表示。对饱和水x=0，干饱和 蒸汽x=1，湿饱和蒸汽0＜x＜1。 3.干饱和蒸汽的定压过热过程 对饱和蒸汽继续定压加热，蒸汽温度将继续升高，比容
掌握水蒸气定压发生过程及p
掌握水蒸气定压发生过程及p-v图和T-s图。
一、水蒸气的定压发生过程水蒸气的定压形成过程经历了未饱和水预热、饱和水汽化和水蒸气过热三个阶段（即定压加热过程），并经历了未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽和过热蒸汽等五种状态，如图7-7所示。
图7-7 水蒸气的定压发生过程注意：状态参数的变化l 压力：由于是定压过程，所以压力不变；l 温度：水预热及水蒸气过热过程中温度增加，但在饱和水汽化过程中，经饱和湿蒸汽直至完全成为干饱和蒸汽，所处状态均为饱和状态，因压力不变，所以温度也不变；l 比容、焓、熵：均增加。
注意：由于理想气体很难（或不可能）发生凝结现象，所以永远处于过热状态，因此其定压加热过程中，温度、比容、焓、熵均是增加的增加。
这时理想气体与实际气体区别的具体体现！二、水蒸汽的p-v图和T-s图1.一点、两线、三区、五态如图7-8所示。
图7-8 水蒸汽的p-v图和T-s图l 一点：临界状态（C点）l 两线：饱和液体线、干饱和蒸汽线l 三区：未饱和液体区、饱和湿蒸汽区、过热蒸汽区，如图7-9中I、II、III所示。
其中饱和液体线、干饱和蒸汽线和三相点定压线围成了饱和湿蒸汽区；饱和液体线、三相点定压线和临界点定温线围成了未饱和液体区；干饱和蒸汽线、临界点定温线靠右区域为过热蒸汽区。
需要注意的是：其他区域（蓝色）为气液不分的区域，即流体区域。
l 五态：未饱和液体、饱和液体、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽图7-9水蒸汽的p-v图和T-s图的“三区”2.饱和水线与饱和蒸汽线l 饱和水线随着压力或温度的升高，比容增大。
l 干饱和蒸汽线随着压力或温度的升高，比容减小。
解释：压力的升高，应使工质比容减小（即密度增大），而温度升高，则会使比容增大。
在压力和温度同时增加时，比容的变化则取决于这两种作用程度谁大谁小。
一般工质所处状态的可压缩性小（如饱和水）则比容增加（温度升高的影响高于压力升高的影响）；而可压缩性大（如干饱和蒸汽）则比容减小（压力升高的影响高于温度升高的影响）3.汽化过程与汽化潜热l 水蒸气定压发生过程各阶段的加热量见图7-10。
第七章 水蒸气
三区
五态
注意：超过tc的H2O一般以水蒸气形式存在; 其他物质也有类似的性质；
10
7-3 水蒸气表和焓熵图
在动力循环中，水蒸气不宜利用理想气体性质计算。 水和水蒸气的状态参数可由给出的独立状态参数通过 实际气体状态方程及其他一般关系式计算（通常由计算 机计算）或查图表确定。
一. 水蒸气参数
1. 零点的规定
18
(0.35 0.001 092 5) m3 /kg v v' x 0.933 5 3 v '' v ' (0.374 86 0.001 092 5) m /kg
h h ' x h '' h '
640.35 kJ/kg 0.933 5 2 748.59 640.35 kJ/kg 2 608.4 kJ/kg
19
7-4 水蒸气的基本热力过程
一. 研究概述
基本热力过程：定容、定压、定温和定熵 研究目的：确定初、终态参数；计算过程热量和功量。 研究步骤： 1) 根据初态的两个已知参数查表(图)确定其他参数； 2) 根据过程特性及另一个终态参数确定终态点，进而查 得其他参数； 3) 根据查得的初、终态参数计算过程的功量和热量。 研究工具：表(图)、热力学基本定律(主要是第一定律)
q h h2 h1，u q w w pdv p (v2 v1 )，wt 0
四. 定温过程
q Tds T ( s2 s1 ) w q u wt q h
22
7-4 水蒸气的基本热力过程
五. 定熵过程
如：水蒸气在汽轮机中的膨胀作功过程
解：3.5 MPa的饱和水和饱和蒸汽的参数分别为：
第3节(五) 水蒸气.
va v ' vx v" v
s 0 s ' sx s" s
s
p
三个阶段
a b c d e
T
e b c d
Ts
a v
1）定压预热阶段a-b：未饱和水→饱和水。 tS 比液体热： ql c p dt h ho 面积 absso a 0 2）定压汽化阶段b-c-d：饱和水→干饱和蒸汽，既是定压又 1kg饱和水→干饱和水蒸 是定温的相变加热过程。 气所需的热量称为比汽化 r h"h' 面积bds s b 比汽化潜热： 潜热。 3）定压过热阶段d-e：饱和蒸汽→过热蒸汽。 t c p dt h h 面积dessd 比过热量： qsup tS 将0℃的水加热变为过热水蒸气所需的热量，等于液体热、 汽化潜热与过热热量三者之和。整个水蒸气定压发生过程及 各个阶段中的加热量，均可用水和水蒸气的焓值变化来计算。
v v ''
p
a
b
T
c
b c
d
e
e
a
b c
d
e a
d
v
s
p
五个状态
a b c d e v
T
e b c d
Ts
a
未饱和水（过冷水）：a～b，t<ts 过冷度t=ts-t。p、T 是独立的状态参数。 饱和水：b， t =ts ，p、T 不是独立的状态参数。 干饱和蒸汽：d，t=ts ，p、T 不是独立的状态参数。 湿蒸汽：c，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。 干度x：1kg湿蒸汽中含xkg的饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。 u x xu 1 xu 过热蒸汽：e，t>ts , v x xv 1 xv 过热度t=t-ts , p、T s x xs 1 xs hx xh 1 x h’ 是独立的状态参数。
水蒸气的定压生产过程
• 在临界温度以上不能用压缩的方法使蒸汽液化。
感谢聆听
水的临界状态
pc22.064MPa tc373.99℃ vc0.003106m3/kg
一点 二线 三区 五态
临界点C 饱和水线 (x0) 、饱和蒸汽线(x1） 末饱和水区、汽液两相共存区、过热蒸汽区 末饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽
• 在临界点C 汽液两相差异完全消失，汽液相变将在瞬间完成。
水蒸气的定压生产过程
水蒸气定压发生过程的三个阶段和五种状态
p v0
p
t<ts
v'
ts vx
p ts v''
p ts v
p t>ts
a
未饱和水
过冷度
ts t
bcຫໍສະໝຸດ 饱和水 湿(饱和)蒸气v', h', s'
d
干饱和蒸气
v '' , h'' , s''
e
过热蒸气
过热度
t ts
预热阶段
汽化阶段
过热阶段
汽化潜热 r h'' h'J/kg
凝结潜热
同工质同温度下
干度
——单位质量湿蒸汽中所含饱和蒸汽的质量称为湿蒸汽的干度。表示式为
mv-湿蒸气中干饱和蒸气的质量 mw-湿蒸气中饱和水的质量
饱和液体和饱和 蒸汽的混合物
干度x的取值范围为0～1。
x0 ，饱和液体 0﹤x﹤1 ，湿(饱和)蒸汽 x1 ，干饱和蒸汽
引入干度x可确定湿蒸汽中所含饱和液体和饱和蒸汽的量，或确定湿蒸汽的状态。
感谢聆听
水的临界状态
pc22.064MPa tc373.99℃ vc0.003106m3/kg
一点 二线 三区 五态
临界点C 饱和水线 (x0) 、饱和蒸汽线(x1） 末饱和水区、汽液两相共存区、过热蒸汽区 末饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽
• 在临界点C 汽液两相差异完全消失，汽液相变将在瞬间完成。
水蒸气的定压生产过程
水蒸气定压发生过程的三个阶段和五种状态
p v0
p
t<ts
v'
ts vx
p ts v''
p ts v
p t>ts
a
未饱和水
过冷度
ts t
bcຫໍສະໝຸດ 饱和水 湿(饱和)蒸气v', h', s'
d
干饱和蒸气
v '' , h'' , s''
e
过热蒸气
过热度
t ts
预热阶段
汽化阶段
过热阶段
汽化潜热 r h'' h'J/kg
凝结潜热
同工质同温度下
干度
——单位质量湿蒸汽中所含饱和蒸汽的质量称为湿蒸汽的干度。表示式为
mv-湿蒸气中干饱和蒸气的质量 mw-湿蒸气中饱和水的质量
饱和液体和饱和 蒸汽的混合物
干度x的取值范围为0～1。
x0 ，饱和液体 0﹤x﹤1 ，湿(饱和)蒸汽 x1 ，干饱和蒸汽
引入干度x可确定湿蒸汽中所含饱和液体和饱和蒸汽的量，或确定湿蒸汽的状态。
水蒸气
w12 p1 (v2 v1 )
p1 2 t2
x=1
1
x1
s
三、定温过程 T1=T2,于是可得： q12 T1 (s2 s1 )
w12 q12 u1,2 T1 (s2 s1 ) [(h2 h1 ) ( p2v2 p1v1 )]
四、定熵过程 s1=s2,于是可得： q12 0
容器中装有1kg水 p 1atm ta 0C va 0.001 m3 kg
0℃
t=ts
t>ts
t=ts
t=ts
ts 100 C
va 0.001
v 0.001043
a
b
p
a bc d e
v'vx v"
c
T
a
v 1.6949
d
v v ''
e
e bc d
v
s
p
五个状态 T
主题2:水蒸气h-s图
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。
e
a bc d e
Ts b c d
a
v
va v' vx v" v
s0 s' sx s" s
s
未饱和水（过冷水）：a～b，t<ts 过冷度t=ts-t。p、T
是独立的状态参数。
饱和水：b， t =ts ，p、T 不是独立的状态参数。
水蒸气的形成过程
因 s2= s1，则
干 度 x 2s s2 " s s''8 6 ..4 7 7 6 2 4 5 8 0 0 ..4 4 2 2 2 2 1 1 0 .7 8 7 8 7
2 x2 s
出口焓 h2h'x2(h"h') 1 2 1 . 3 0 0 . 7 8 7 8 7 ( 2 5 5 3 . 4 5 1 2 1 . 3 0 ) 2 0 3 7 . 5 2 k J / k g
中查得 h１=3022.6kJ/kg、 s１=6.6748kJ/(kg.K)
当 p2=0.004MPa 时
h
h ' 1 2 1 .3 0 k J /k g , h " 2 5 5 3 .4 5 k J ' 0 .4 2 2 1 k J /( k g K ) ， s " 8 .4 7 2 5 k J /( k g K ) h2
ps fts
5.1 水蒸气的产生过程
水的定压加热过程
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 过热蒸汽状态
水的预热阶段
饱和水的汽化阶段
过热阶段
水蒸汽的定压生成过程
5.1 水蒸气的产生过程
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 s s h h
水蒸汽的定压过程
工程中的设备:锅炉、换热器 p
过程特点:p=定值 过程在图中表示
13
2
4
v
5.3 水蒸汽的基本热力过程
T
3 1
h 2
h2 4
13 h1
s2
s1 s
T-s 图和h-s图中的表示
干 度 x 2s s2 " s s''8 6 ..4 7 7 6 2 4 5 8 0 0 ..4 4 2 2 2 2 1 1 0 .7 8 7 8 7
2 x2 s
出口焓 h2h'x2(h"h') 1 2 1 . 3 0 0 . 7 8 7 8 7 ( 2 5 5 3 . 4 5 1 2 1 . 3 0 ) 2 0 3 7 . 5 2 k J / k g
中查得 h１=3022.6kJ/kg、 s１=6.6748kJ/(kg.K)
当 p2=0.004MPa 时
h
h ' 1 2 1 .3 0 k J /k g , h " 2 5 5 3 .4 5 k J ' 0 .4 2 2 1 k J /( k g K ) ， s " 8 .4 7 2 5 k J /( k g K ) h2
ps fts
5.1 水蒸气的产生过程
水的定压加热过程
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 过热蒸汽状态
水的预热阶段
饱和水的汽化阶段
过热阶段
水蒸汽的定压生成过程
5.1 水蒸气的产生过程
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 s s h h
水蒸汽的定压过程
工程中的设备:锅炉、换热器 p
过程特点:p=定值 过程在图中表示
13
2
4
v
5.3 水蒸汽的基本热力过程
T
3 1
h 2
h2 4
13 h1
s2
s1 s
T-s 图和h-s图中的表示
水蒸气的定压产生过程
第五章
水蒸气
第二节 水蒸气的定压产生过程
李 涛
知识回顾
1、什么是饱和状态？
2、水与水蒸气相变的方法？
第二节
水蒸气的定压产生过程
p
p
一、水蒸汽的定压产生过程
p
v0 未饱和水
p
p
v'
饱和水
vx
v''
v
过热蒸汽
湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽
t<ts
t=ts
预热阶段
t=ts
汽化阶段
t=ts
t>ts
过热阶段
水蒸汽的定压产生过程
湿蒸汽的干度和湿度
干度x：湿蒸汽中饱和蒸汽所占的质量百分比。
mV 湿蒸汽中干蒸汽的质量 x 湿蒸汽总质量 mV mW
湿度y：湿蒸汽中饱和水所占的质量百分比。
mv
mW
mW 湿蒸汽中饱和水的质量 y 湿蒸汽总质量 mV mW
显然： x+y=1
饱和水的x=0;干蒸汽的x=1；湿蒸气0<x<1;
汽轮机的排气干度一般为0.86-0.88.
3、过热阶段
干饱和蒸汽
p 定值 t ts v s h
ts t v v s s h h
过热蒸汽
p 定值 t v s h
过热度： D = t - ts
这个阶段所需的热量称为过热热: qs=h-h" 过热度：D=t-ts
水蒸汽的定压产生过程参数变化特点
未饱和水 饱和水
湿蒸汽
干蒸汽
过热蒸汽
t < ts v 0< v’ h0 < h’ s0 < s’
t = ts
t = ts
水蒸气
第二节 水蒸气的定压产生过程
李 涛
知识回顾
1、什么是饱和状态？
2、水与水蒸气相变的方法？
第二节
水蒸气的定压产生过程
p
p
一、水蒸汽的定压产生过程
p
v0 未饱和水
p
p
v'
饱和水
vx
v''
v
过热蒸汽
湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽
t<ts
t=ts
预热阶段
t=ts
汽化阶段
t=ts
t>ts
过热阶段
水蒸汽的定压产生过程
湿蒸汽的干度和湿度
干度x：湿蒸汽中饱和蒸汽所占的质量百分比。
mV 湿蒸汽中干蒸汽的质量 x 湿蒸汽总质量 mV mW
湿度y：湿蒸汽中饱和水所占的质量百分比。
mv
mW
mW 湿蒸汽中饱和水的质量 y 湿蒸汽总质量 mV mW
显然： x+y=1
饱和水的x=0;干蒸汽的x=1；湿蒸气0<x<1;
汽轮机的排气干度一般为0.86-0.88.
3、过热阶段
干饱和蒸汽
p 定值 t ts v s h
ts t v v s s h h
过热蒸汽
p 定值 t v s h
过热度： D = t - ts
这个阶段所需的热量称为过热热: qs=h-h" 过热度：D=t-ts
水蒸汽的定压产生过程参数变化特点
未饱和水 饱和水
湿蒸汽
干蒸汽
过热蒸汽
t < ts v 0< v’ h0 < h’ s0 < s’
t = ts
t = ts
水的定压汽化过程与水蒸气的热力过程(ppt 30页)
3、热力学能利用公式u=h-pv求得。
例6-2: 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。（P77)
解：据P=0.5Mpa，查饱和水与饱和蒸汽表
ts=151.85C，v’=0.0010928m3/kg，v”=0.37481m3/kg
湿蒸汽
从 vx''v (1x)v' xv v'0 .96 v'' v'
一、定容过程（v = 常数 )
2
体积功 wv 1 pdv0
技术功 w t,v12vdv p p1p2
q v u 2 u 1 h 2 p 2 v 2 h 1 p 1 v 1 h 2 h 1 v p 2 p 1 二、定压过程（p = 常数 )
s x x " ( 1 s x ) s ' 0 . 9 6 . 8 6 ( 1 2 0 . 9 ) 1 1 . 8 6 5 6 6 . 6 k 0 / 2 k J ( K ) 4 3 g u x h x p 2 v . 7 6 0 . 5 8 6 1 6 0 3 . 0 3 1 6 3 0 2. 7 4 k / k 8 8 Jg 3
体积功 技术功
2
w p1p
dv pv2v1
2
wt,p
1
vdp0
2
qph2h11vdh p2h1
三、定温过程（T= 常数 )
单位质量热量：qT12TdT ss2s1
体积功： w T q T (u 2 u 1) T s2 s1 u 2 u 1
1-2可逆过程： wt,s h1h2
水蒸汽
• 湿蒸汽是由饱和水和饱和蒸汽所组成，所以已知 湿饱和蒸汽的压力（温度）和干度度，可有饱和 水和饱和蒸汽的参数确定湿饱和蒸汽的参数
u x (1 x)u ' xu '' hx (1 x)h ' xh'' ' '' s x (1 x) s xs v (1 x)v ' xv'' x
• 有没有400℃的水？ • 有没有0℃的蒸汽？ • 有没有1℃的冰？
第三节 蒸汽图表及应用
• 一、 水和水蒸汽表 • 零点的规定： • 水蒸汽的热力性质表以水的三相点的饱和水为基 准点编制。 • 规定在该点状态下的液相水的内能和熵为零。 • t=0.01℃,p=611.2Pa,v=0.00100022m3/kg,u=0kJ/ kg,s=0kJ/(kg· K) • h=u+pv=0.000614≈0kJ/kg
• 饱和水和饱和蒸汽表 以温度为序 以压力为序 • 未饱和水和过热蒸汽表
饱和水和干饱和蒸汽表的应用： 饱和参数的确定
饱和压力 比体积 已知温度 焓 熵 汽化潜热
饱和温度 比体积 已知压力 焓 熵 汽化潜热
饱和水和干饱和蒸汽表的应用： 湿蒸汽参数的确定
一、水蒸汽的定压产生过程
p p
p
p
p
v0 未饱和水
v'
饱和水
vx
v''
v
过热蒸汽
湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽
t<ts
t=ts
预热阶段
t=ts
汽化阶段t=tst源自ts过热阶段水蒸汽的定压产生过程
p 定值 ts v s h
u x (1 x)u ' xu '' hx (1 x)h ' xh'' ' '' s x (1 x) s xs v (1 x)v ' xv'' x
• 有没有400℃的水？ • 有没有0℃的蒸汽？ • 有没有1℃的冰？
第三节 蒸汽图表及应用
• 一、 水和水蒸汽表 • 零点的规定： • 水蒸汽的热力性质表以水的三相点的饱和水为基 准点编制。 • 规定在该点状态下的液相水的内能和熵为零。 • t=0.01℃,p=611.2Pa,v=0.00100022m3/kg,u=0kJ/ kg,s=0kJ/(kg· K) • h=u+pv=0.000614≈0kJ/kg
• 饱和水和饱和蒸汽表 以温度为序 以压力为序 • 未饱和水和过热蒸汽表
饱和水和干饱和蒸汽表的应用： 饱和参数的确定
饱和压力 比体积 已知温度 焓 熵 汽化潜热
饱和温度 比体积 已知压力 焓 熵 汽化潜热
饱和水和干饱和蒸汽表的应用： 湿蒸汽参数的确定
一、水蒸汽的定压产生过程
p p
p
p
p
v0 未饱和水
v'
饱和水
vx
v''
v
过热蒸汽
湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽
t<ts
t=ts
预热阶段
t=ts
汽化阶段t=tst源自ts过热阶段水蒸汽的定压产生过程
p 定值 ts v s h
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ts
vx
v0
v'
p
ts v''
p t>ts
ts v
a
b
c
d
e
未饱和水 饱和水 湿饱和蒸气 干饱和蒸气 过热蒸气
预热阶段
汽化阶段
过热阶段
(v,h, s)
(v,h,s)
水蒸气相变及定压产生过程
8
水的定压加热过程：
p
p
p
t<ts
ts
vx
v0
v'
p
ts v''
p t>ts
ts v
a
b
c
d
e
未饱和水 饱和水 湿饱和蒸气 干饱和蒸气 过热蒸气
于气流流动，加速水的降温。
水蒸气相变及定压产生过程
3
二、液化
1)定义：物质从气态转变为液态的过程叫做液化，也 可称为凝结。
结论:液化是放热过程。反之，汽化是吸热过程。
液化放热实例： （1）被100℃的水蒸气烫伤比100℃的开水烫伤往 往要严重得多——水蒸气液化时要放出大量的热； （2）冬天手上哈气——口腔中的水蒸气液化放 热让手变暖。 （3）用水壶烧水时壶口上的白气——水蒸气液 化成的小水滴
(v,h, s)
(v,h,s) 过热度
汽化潜热 rhh J/kg
t ts
湿饱和蒸气（湿蒸气）的干度x
x mv mw mv
mv-湿蒸气中干饱和蒸气的质量 m水w蒸-气湿相变蒸及定压气产生中过程饱和水的质量 9
水的定压加热过程在p-v图和T-s图上的表示：
临界状态
水的临界状态
pcr 22.064M Pa
5
三、水与水蒸气的相变方法
1)水变为蒸汽有两种方法： dp=0，t ；dt=0,p 。
2）蒸汽变为水的两种方法： dp=0，t ；dt=0,p 。
电厂的举例：给水泵、凝结水泵以及锅炉汽包。
水蒸气相变及定压产生过程
6
第二节 水蒸气的定压产生过程
水蒸气相变及定压产生过程
7
水的定压加热过程：
p
p
p
t<ts
21
1. 未饱和湿空气与饱和湿空气
未饱和湿空气：湿空气中的水蒸气未饱和，处于 过热状态，湿空气还能吸收水份。
pv ps T 定温吸湿过程1－3
饱和湿空气：
湿空气中的水蒸气已饱和， 不能再吸收水份。
pv ps T
水蒸气相变及定压产生过程
tcr 373.99℃
vcr
0.003106 m3/kg
临界点 饱和蒸汽线 饱和水线
水蒸气相变及定压产生过程
10
水在临界压力或高于临界压力下定压加热 到临界温度时，不存在汽液分界线和汽液共存 的汽化过程，再加热就直接成为过热蒸汽。
5-2 水蒸气的状态参数
一般情况下，水蒸气的性质与理想气体差别很 大 ,为了便于工程计算，将不同温度和不压力下 的未饱和水、饱和水、干饱和蒸汽和过热蒸汽的 状态参数列成表或绘成线算图。
饱和水与饱和蒸气表
分为以温度为序（附录表5）和以压力为序
（表6）两种。
水蒸气相变及定压产生过程
11
水蒸气相变及定压产生过程
12
未饱和水与过热蒸气表（附录表7）
水蒸气相变及定压产生过程
13
国际规定，蒸汽表取三相点（即固、液、汽三 相共存状态）液相水的热力学能和熵为零。
即： p = 611.7 Pa，v = 0.00100021 m3/kg,
在干燥、空气调节以及精密仪表和电绝缘的防潮 等对空气中的水蒸气特殊敏感的领域，则必须考虑 空气中水蒸气的影响。
湿空气中水蒸气的分压力很低，可视水蒸气为理 想气体。一般情况下，湿空气可以看作理想混合气 体。根据道尔顿定律，湿空气的总压力等于水蒸气 的分压力与干空气的分压力之和：
p pv pa
水蒸气相变及定压产生过程
T = 273.16 K, u = 0 kJ/kg， s = 0 kJ/(kg·K)
h u p v 0 . 0 0 0 6 1 k J / k g 0 k J / k g
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，
v h x x x x v h 1 1 x x v h v h x x v h v h 注单位意
(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。
水蒸气相变及定压产生过程
15
定容过程：
w0
wt v( p1 p2 )
q u2 u1 (h2 h1) ( p2 p1)v
水蒸气相变及定压产生过程
16
定温过程：
w q u T (s2 s1) (h2 h1) ( p2v 2 p1v1)
wt q h T (s2 s1) (h2 h1)
2
q 1 Tds T (s2 s1)
水蒸气相变及定压产生过程
17
定压过程：
w p(v2 v1) wt 0 qh2 h1
水蒸气相变及定压产生过程
18
定熵过程：
w u1 u2
wt h1 h2 q0
在热工计算中，遇到最多的是水蒸气的定压
s x x s 1 水蒸 气相x 变及s 定压 产生s 过程 xs s 14
5-3 水蒸气的基本热力过程
分析目的： 了解过程中水蒸气的状态变化规律，确定过 程中水蒸气与外界的能量交换。
分析步骤：
(1) 根据给定条件，在水蒸气表中查出初态的其 它参数值;
(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;
过程(如锅炉中水蒸气的产生与冷凝器中水蒸
气的凝结)和绝热过程(蒸汽机或汽轮机中水蒸
气的膨胀作功过程) 。
水蒸气相变及定压产生过程
19
e.g.：P111 5-1，5-4
作业：P126 5-1，5-4
水蒸气相变及定压产生过程
20
5-4 湿空气的性质
湿空气：含有水蒸气的空气。
干空气：完全不含水蒸气的空气。
第五章 水蒸气与湿空气
水蒸气相变及定压产生过程
1
一、气化
，可以在任 何温度下进行。
沸腾：在液体的内部和表面同时发生的剧烈汽 化现象。
水蒸气相变及定压产生过程
2
冷却塔的原理：需冷却的水在水塔顶部通过管道向下
喷洒，另外水塔壁有吹风机，吹风机把空气吹入，而
顶部有一个很大的抽风机，把空气抽出塔顶，从而利
水蒸气相变及定压产生过程
4
三、饱和状态
饱和状态：汽液两相的分子数保持一定的数量而处于 动态平衡状态。
饱和状态：
饱和蒸汽：饱和状态下的蒸汽；
饱和水： 饱和状态下的水。
饱和蒸气
p ts
饱和压力ps、 饱和温度ts：
饱和液体
ps f (ts)
水蒸气：ps＝0.101325 MPa，ts=100 ºC
水蒸气相变及定压产生过程