第七章 水蒸气

第七章水蒸气

一、目的及要求

了解水蒸汽产生的一般原理，掌握水及水蒸汽状态参数的确定，会用水蒸汽图及表求取水蒸汽的状态参数，会计算水蒸汽热力过程中功和热量的计算。

二、内容：

7.1饱和温度和饱和压力

7.2水的定压加热汽化过程

7.3水和水蒸气的状态参数

7.4水蒸气表和图

7.5水蒸气的基本热力过程

三、重点及难点：

7.1应掌握有关蒸气的各种术语及其意义。例如：汽化、凝结、饱和态、饱和蒸气、饱和液

体、饱和温度、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。

7.2了解水蒸气定压发生过程及其在p－v图和T－s图上的一点、二线、三区、和五态。

7.3了解水蒸气图表的结构，并掌握其应用。

7.4掌握蒸气热力过程的热量和功量的计算。

四、主要外语词汇：

vaporization, condensation, latent heat of evaporation, saturation, triple point, critical point

五、本章节采用多媒体课件

六、复习思考题及作业：

思考题：

1、水的三相点是不是唯一确定的？三相点与临界点有什么差异？

2、刚性绝热的密闭容器内水的压力为4Mpa，测得容器内温度为20℃，试问容器内的水是什么集态？因意外事故容器上产生一个不大的裂缝，试分析其后果。

3、水在定压汽化过程中温度维持不变，因此有人认为过程中热量等于膨胀功，即q=w，对不对？为什么？

作业：

7－1，7－3，7－5，7－7

第七章水蒸汽

在动力、制冷、化学工程中，经常用到各种蒸汽。常用的如水蒸汽、氨蒸汽、氟里昂蒸汽等，蒸汽是指离液态较近在工作过程中往往会有集态变化的某种实际气体。显然，蒸汽不能作为理想气体处理，它的性质较复杂。

在工程计算中，水和水蒸汽的热力参数以前采用查取有关水蒸汽的热力性质图表的办法，现在也可借助计算机对水蒸汽的物性及过程作高精度的计算。

本章主要介绍水蒸汽产生的一般原理、水和水蒸汽状态参数的确定、水蒸汽图表

的结构和应用以及水蒸汽热力过程功和热量的计算。

§7－1 饱和温度和饱和压力

在理解这一节要搞清一些基本概念

1、汽化和凝结 物质由液态转变为气态的过程称为汽化。液体的汽化有蒸发和沸腾两种不同的形

式。蒸发是指液体表面的汽化过程；沸腾是指液体表面和内部同时进行的强烈的汽化过程。液体汽化的速度取决于液体的温度。

物质由气态转变为液态的过程称为凝结。凝结的速度取决于空间蒸汽的压力。

2、饱和状态 当液体分子脱离液体表面的汽化速度与气体分子回到液体中的凝结速度相等时，汽化与凝结过程虽仍在不断进行，但总的结果使状态不再改变。这种液体和蒸汽处于动态平衡的状态称为饱和状态。液体上的蒸汽称为饱和蒸汽，液体称为饱和液体。

（1）饱和温度和饱和压力：处于饱和状态的气、液温度相同，称为饱和温度s t ，蒸汽的压力称为饱和压力s p 。因为气化速度取决于液体的温度，而凝结速度取决于蒸汽的压力，所以当达到气化和凝结速度相等的饱和状态时，饱和温度s t 和饱和压力s p 之间必存在单值性关系)(s s t f p =。（饱和蒸汽的特点是在一定容积中不能再含有更多的蒸汽，即蒸汽压力与密度为对应温度下的最大值）

上式表示了气化曲线的一般函数关系，常称为饱和蒸汽压方程。

（2）临界点：当温度超过一定值c t 时，液相不可能存在，而只可能存在气相。c t 称为临界温度，与临界温度相对应的饱和压力c p 称为临界压力。所以临界温度和压力是液相与气相能够平衡共存时的最高值。临界参数是物质的固有常数，不同的物质其值是不同的。例：水的临界参数值为：C .t o c 15374=，MPa .p c 12922=，/kg m .v c 3003260=，KJ/kg h c 2100=，)/(4294K kg KJ .s c ⋅=。

（3）

三相点：当压力低于tp p 时，液相也不可能存在，而只可能是气相或固相。tp p 称为三相点压力。与三相点压力相对应的饱和温度tp t 称为三相点温度。所以，三相点温度和压力是最低的饱和温度和饱和压力。不同物质的三相点所对应的参数不

同。水的三相点温度和压力值

为：

C .t o tp 010= Pa .p tp 2611=

三相点是固、液、气三相共存的状态，各种物质在三相点的温度和压力分别为定值，但比体积则随固、液、气三相的混合比例不同而异。

§7－2 水的定压加热汽化过程

工程上所用的水蒸汽都是在定压加热，汽化而产生的，为形象起见，假设水是在气缸内进行定压加热，其产生过程如下图所示。

水蒸汽定压加热图

在一定压力下的未饱和水，受外界加热温度升高，当温度升到该压力所对应的饱和温度时，则称其为饱和液体。水继续加热，并开始沸腾，在定温下，产生蒸汽而形成饱和水和饱和水蒸汽的混合物，这种混合物称为湿饱和水蒸汽。水继续吸热，直至水全部汽化为蒸汽，这时的蒸汽因不含液体，而称为干饱和蒸汽。 至此为止，工质的全部汽化过程都是在饱和温度下进行的。对于饱和蒸汽继续加热，则蒸汽的温度将从饱和温度起不断升高。由于这时蒸汽的温度已超过相应压力下的饱和温度，称过热蒸汽。可见水蒸汽的产生分预热、汽化、和过热三个阶段。

将蒸汽在不同压力下的定压发生过程，在p-v 图及T-s 图上表示出来，如下图所示。

为了便于记忆，我们把水蒸汽的p-v 图及T-s 图总结为一点、二线、三区、五态。一点是指临界点；二线为饱和液体线和饱和蒸汽线；三区为未饱和区（过冷区），湿蒸汽区及过热蒸汽区；五态为未饱和液体（过冷液）状态、饱和液体状态、湿饱和蒸汽状态、干饱和蒸汽状态和过热蒸汽状态。

§7－3 水和水蒸汽的状态参数

为了便于同学在查找图表时方便，在本节中先给大家介绍有关水及水蒸汽的有关状态及状态参数的规定。

1、零点的规定

不及水蒸汽的焓、熵及热力学能在热工计算中仅需求取其增减值，而不需求取绝对值，所以在热力计算中可规定任一起点。根据国际水蒸汽会议规定，选定水的三相点，即：K .t tp 16273=的液相水作为基准点，规定在该点状态下的液相水的0='u o 、0='s o ，即C t t o tp o 01.0==，Pa .p p tp o 659611==的饱和水：

)(0KJ/kg 'u o

= )/( 0K kg KJ 's o ⋅= 2、当压力为p 时

（1）温度C t o 01.0=的过冷水

此时于是忽略水的压缩性，认为0=dv ，所以有：0=i w ，

又∵ 0=dT 0=dv ，则： 0=du ，即：)( 0KJ/kg 'u u o == ∴ 0=q

∴ 0=≈'s s o o o o o o v p u h += 当p 不大时，0≈o h

（2）温度为s t 时的饱和水

此时水的温度在定压下由C t o o 01.0=到s o t t =，此时：

⎰=s

t .p l dT c q 16273

当C t o 100<时，)/(18684K kg KJ .c p ⋅≈，所以此时有：

)( }{18684KJ/kg t .q 'h h's l o ≈+=

16

.273}{ln 1868.416273s t .p T T dT c s's

==⎰