07章：水蒸气

3
kJ ( kg K )
skJ ( kgK )
9.1544 9.1541 9.0236 8.5560 7.7540 7.2386 6.4312 5.7042 4.4092
0.00100022 0.00100018 0.00100008 0.00100302 0.00102276 0.00105156 0.00115641 0.00140369 0.003106
流体 临界点 气
临界点 气
升华线
水
T
一般物质
T
汽相和液相
过热器 汽轮机 因固相不流动，我们 更关心汽液两相！ 冰蓄冷 发电机 凝 汽 器 Gibbs相律(P204)
锅 炉
F=C-p+2
独立强 度量数 组元 数 相 数
给水泵
水的汽相和液相
处于饱和状态 (?) 的蒸汽和液态水分别称为饱和蒸 汽和饱和水。此时，汽、液的温度和压力均相同，分别 称为饱和温度Ts( t s )和饱和压力( ps )。 B 三相点是其相图上三条相平 p 液 衡曲线的交点。根据吉布斯相律可 临界点 固 知，三相点的独立强度量数为零。 此时水三相点的压力和温度是确定 三相点 的（比体积呢？），分别是: Ttp 气 A
饱 和 参 数
v 0.0010103 m3 kg h 191.76 kJ kg s 0.6940 kJ kg K v 14.673 m3 kg h 2583.72 kJ kg s 8.1481 kJ kg k
t℃
50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
0.1056 0.3546 0.4761 0.6490 0.8320 1.3028 1.8610 2.1388 2.4471 2.9201 4.4092
p 0.01MPa
ts 45.7988℃
p 0.1MPa
ts 99.634℃ v 0.0010432 m3 kg h 417.52 kJ kg s 1.3028 kJ kg K v 1.6943 m3 kg h 2675.14 kJ kg s 7.3589 kJ kg k
3
C pcr=22.064MPa
3
T
p
P=pcr
30
20 10
3 T=Tcr
2
C
1
2
1 0
1
2 1
2
3
Tcr=647.14K 3 2 3 1 2
1
273.16K 0
0
0
v
0
s
图7-2 定压加热过程的p-v和T-s图
干度x定义为：1kg湿蒸汽中含有的饱和蒸汽量（kg）。 其中余下的（1－x）kg则为饱和水。 水的加热汽化过程在p－v 图和T－s 图上可归纳为

Ts
（7-6）
六、压力为P 的过热蒸汽
当饱和蒸汽继续在定压下加热时，温度开始升
高，超过 t s而成为过热蒸汽。其超过 t s 之值称为 过热度，即 t t t s 。其比熵：
T dT dT s c cp 273.16 K Ts T Ts T Ts
式中：c为水的比热容，cp为过热蒸汽的比定压热容。
沸腾和蒸发的区别：
蒸发是在任何温度下液体表面通过分子飞升的方式进行 的缓慢的汽化过程。
沸腾是在温度达到和超过饱和温度时通过产生汽泡和分 子飞升的方式所进行的激烈的汽化过程。
§7-2
水的定压加热汽化过程
工程上所用的水蒸气通常是水定压沸腾汽化而 产生的。 水在定压加热下的状态变化为： （1）最初 t （3）t
2513.29 2544.68 2560.55 2583.72 2608.90 2675.14 2748.59 2777.67 2798.66 2793.64 2085.87
2484.1 2443.6 2422.8 2392.0 2357.5 2257.6 2108.2 2014.8 1890.0 1639.5 0.0
ptp 611.659Pa
0 图7-1 水的相图
T
Ttp 273.16K (ttp 0.01o C)
水蒸汽的饱和状态
处于饱和状态 (?) 的蒸汽和液态水分别称为饱和蒸 汽和饱和水。此时，汽、液的温度和压力均相同，分别 称为饱和温度Ts( t s )和饱和压力( ps )。 B 三相点是其相图上三条相平 p 液 衡曲线的交点。根据吉布斯相律可 临界点 固 知，三相点的独立强度量数为零。 此时水三相点的压力和温度是确定 三相点 的（比体积呢？），分别是: Ttp 气 A
四、压力为P 的干饱和蒸汽
汽化潜热
Ts s s h h
五、压力为P 的湿饱和蒸汽
因
还记得什么 是干度吗？
tS
、 pS 相关，故通常联合干度 x 决定此时 （7-4） （7-5）
状态:
x x (1 x)
hx xh (1 x)h 或 hx h x s x xs (1 x) s 或 s x s x
饱和固线
T
v
等温线的鞍点（拐点） 2 p p 0, 2 0 v Tc v Tc
四个线：三个饱和线、一个三相线；一个点：临界点
其他纯物质的热力学面
纯物质的p-T相图
凝固线
汽化线 汽化线
p
流体
液 固 三相点
p
凝固线 固 液 三相点 升华线
p pcr时，水定压加热会如何变化？
§7-3
水和水蒸气的状态参数
一、零点的规定
根据国际水蒸气会议的规定，选定水的三相点， 即273.16K的液相水作为基准点，规定在该点状态下 的液相水的热力学能和熵为零。
0 kJ kg s0 0 kJ kg K h0 u0 0 J kg（7-1）
§7-4 水蒸气表和图
一、水蒸气表
水蒸气表分 “饱和水和干饱和蒸汽表” 、
“未饱和水和过热蒸汽表”两种。前者又分两种：
一种按温度排列，依次列出各个不同温度下的有关参 数；另一种以压力为独立变数，依次不同压力下的有
关参数。下面分别节录两表。
饱和水和干饱和蒸汽表（节录）
（一）依温度排列
t℃ pMPa vm
t s，处于过冷水(或未饱和水)状态；
（2）t升至ts ，尚无水汽化，达到饱和水状态；
t s , 部分水汽化，进入湿饱和蒸汽状态； （4）t t ,水全部汽化，达到(干)饱和蒸汽状态； s （5）温度升高（ t t ），进入过热蒸汽状态。 s
当水在 pcr 22.064MPa 时定压加热，两相区缩为 一点，v' v" 0.003106 m3 / kg 、 tcr 373.99C ， 如下图中点C所示。此点称为水的临界点。 p
★
三个区： 两条线（合称为物态分界线）：
饱和水线（下界线）和饱和蒸汽线（上界线） ；
过冷水区、湿蒸汽区（湿区）和过热蒸汽区（过 热区）；
★
★
五个状态：
过冷水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽和 过热蒸汽。
问题思考
1. 溜冰冰刀使用后会变得湿漉漉的吗？ 2. 北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相？ 3. 有没有500º C的水？ 4. 有没有-3 ℃ 的蒸汽？ 5. 一密闭容器内有水的汽液混合物，对其加热，状 态会如何变化？（需考虑到v与vcr的大小） 6. 当
二、温度为0.01℃、压力为P的过冷水
0, q 0 u0 u0 0 s0 s0
h0 u0 p0 v0 0
(当压力不高时)
三、温度为t、压力为p的饱和水
h h0 ql 4.1868 {t s } 0 C kJ / kg
Ts

（7-2）
{Ts }K dT s cp 4.1868ln kJ /(kgK) 273.16 K T 273.16 （7-3）
6.9491 24.1142 32.8793 45.7988 60.0650 99.634 151.867 179.916 212.417 263.980 373.99
0.0010001 0.0010028 0.0010053 0.0010103 0.0010172 0.0010432 0.0010925 0.0011272 0.0011767 0.0012862 0.003106
ptp 611.659Pa
0 图7-1 水的相图
T
Ttp 273.16K (ttp 0.01o C)
严家禄饱和蒸汽压计算式 从三相点到临界点，其结果全部符合1985年
国际水蒸气性质骨架表中规定的允差要求：
水蒸汽的饱和状态
沸腾：液体表面和液体内部在温度达到和超过饱和温度时 通过产生汽泡所进行的激烈的汽化过程。
第七章 水蒸气
序言 7-1 纯物质的热力学面及相图 7-2 水的定压加热汽化过程 7-3 源自文库和水蒸气的状态参数 7-4 水蒸气表和图 7-5 水蒸气的基本过程
课件目录
本章作业
第三章 习题
21、24、 25、27、28
pp. 97~98 第四版
序言
水蒸气一直热力系统中应用最广泛的主 要工质。在热力系统中用作工质的水蒸气距 液态不远，工作过程中常有集态的变化，故 不宜作理想气体处理。 本章主要介绍水蒸气产生的一般原理、 水和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热力过程中功和热量 的计算。
v m3 kg h kJ kg
14.869 15.336 15.802 16.268 16.732 17.196 17.660 18.124 18.587 19.059 19.513 2591.8 2610.8 2629.9 2648.9 2667.9 2686.9 2706.2 2725.1 2744.2 2763.3 2782.5
206.154 206.012 147.048 43.362 5.0443 1.2106 0.12732 0.021669 0.003106
-0.05 0.00 21.02 104.77 293.01 461.33 852.34 1344.0 2085.9
2500.51 2500.53 2509.71 2546.29 2626.10 2691.26 2792.47 2748.71 2085.87
2500.6 2500.5 2488.7 2441.5 2333.1 2229.9 1940.1 1404.7 0.0
-0.0002 0.0000 0.0763 0.3670 0.9550 1.4186 2.3307 3.2533 4.4092
（二）依压力排列
pMPa t vm kg v h h kJ kg s
129.185 45.666 28.191 14.673 7.6497 1.6943 0.37486 0.19438 0.099588 0.039439 0.003106
29.21 101.07 137.72 191.76 251.43 417.52 640.35 762.84 908.64 1154.2 2085.9
℃
3
m3 kg
kJ kg
kJ kg
kJ ( kg K )
skJ ( kgK )
8.9735 8.5758 8.3830 8.1481 7.9068 7.3589 6.8214 6.5859 6.3395 5.9724 4.4092
0.001 0.003 0.005 0.01 0.02 0.1 0.5 1.0 2.0 5.0 22.064
§ 7-1 水的热力学面及相图
大家知道一般物质的三态和水的三态。热力学面即是以p, v, T表示的物质各种状态及其转变的曲面（见下图）。
液 气
固--液
p
单 相 区
p
液--气
两 相 区
T
固
T
固--气
v
v
水的热力学面【z=f(x,y) 是面函数】
水的饱和线、三相线和临界点
p
饱和液线 三相线 临界点 饱和气线
0 0.01 5 25 70 110 200 300 373.99 0.0006112 0.0006117 0.0008725 0.0031687 0.031178 0.143243 1.55366 8.58308 22.064
3
kg
vm kg hkJ kghkJ kg kJ kg s