农业工程概论
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高压锅ps=1.6bar
Ts=100 ℃ Ts=85.95 ℃
T农s业=工1程1概3论.32 ℃
几个名词：
饱和液(saturated liquid)—处于饱和状态的液体： t=ts 干饱和蒸汽(dry-saturated vapor; dry vapor ) —处于饱和 状态的蒸汽：t=ts 未饱和液(unsaturated liquid) —温度低于所处压力下饱 和温度的液体：t<ts 过热蒸汽(superheated vapor) —温度高于饱和温度的蒸 汽：t>ts, t–ts=d称过热度(degree of superheat)。 湿饱和蒸汽(wet-saturated vapor; wet vapor ) —饱和液和 干饱和蒸汽的混合物：t=ts
第五章 水和水蒸气的性质
农业工程概论
基本知识点
１．应掌握有关蒸气的各种术语及其意义。 例如：汽化、凝结、饱和状态、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。 ２．了解蒸气定压发生过程及其在和图上的 一点、二线、三区和五态。 ３．了解蒸气图表的结构，并掌握其应用。 ４．掌握蒸气热力过程的热量和功量的计算。
农业工程概论
本章重点
1.确定蒸气状态参数的独立变量 2.学会使用水蒸气热力学性质的 图表，并能熟练的运用于各种热 力过程的计算。
农业工程概论
水和水蒸气是实际气体!
水蒸气
在空气中含量极小，当作理想气体
一般情况下，水蒸气是由液态水经 汽化而来的一种气体，离液态较近， 为实际气体，使用图表
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 目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质
农业工程概论
水和水蒸气状态参数确定的原则
1、未饱和水及过热蒸汽 确定任意两个独立参数，如：p、T
2、饱和水和干饱和蒸汽 确定p或T
3、湿饱和蒸汽 除p或T外，其它参数与两相比例有关
农业工程概论
两相比例由干度x确定
定义 x干 湿 饱 饱 和 和 蒸 蒸 汽 汽 质 质 量 量 ＝ m vm vm f
yx"y(1x)y'
x
y y' y" y'
已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度x
农业工程概论
h ,v ,s
水和水蒸气表
两类 1、饱和水和干饱和蒸汽表 2、未饱和水和过热蒸汽表
农业工程概论
饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）
t / oC
T/K
p / MPa
v'
/
m3
/
k
v"
v
p pc p c
C
T
e3
Tc
e2
b3
b2
b1
c3
c2
d
3d
2
c1
d1
e1 B
s
农业工程概论
§5-4 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
g
m
3
/
k
g
h'
h"
s ' / kJ /
kJ / kg kJ / kg ( kg K )
s " / kJ / ( kg K )
0.01 273.160.0006110.00100022206.1750.000614250.010.00009.1562
100 373.150.1013250.00104371.6738 419.06 267.631.3069 7.3564
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
(气体和液体均处在饱和状态下) 饱和状态：汽化与凝结的动态平衡 凝结：由蒸汽变成液体的过程。
农业工程概论
饱和状态
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
饱和温度Ts 饱和压力ps
一一对应
放掉一些水，Ts不变， ps？
Ts
ps
ps=1.01325bar 青藏ps=0.6bar
(4) 未饱和水 过冷度 t过冷ts t 过冷水
过热蒸汽 过热度农业工程概论t过热t ts
p-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程 一点，二线，三区，五态
p
pc
a3 b3
a2 b2
T
C p pc
c3 d3 e3
T Tc Tc
c2 d 2 e2
Tc
a1 b1
c1
A
d 1 e1 BaA1 a 2 a 3
优点: 便宜，易得，无毒， 膨胀性能好，传热性能好
农业工程概论
§ 5-1 纯物质的热力学面及相图
物质有三种聚集状态：固态、液态、气态 水的三态：冰、水、蒸汽
热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态 的曲面
农业工程概论
水的热力学面
单相区
液
p
气
p
固--液
两相区
液--气
T
T
ຫໍສະໝຸດ Baidu
固
v
固--气 v
六个区：三个单相区、三个两相区 农业工程概论
使未饱和液达饱和状态的途径：
t, p
ttsp保p不 持变 t， ppst保t不 持变 p，
13
农业工程概论
§5-3 水蒸气的定压发生过程
t < ts
t = ts t = ts
t = ts
t > ts
未饱和水 饱和水 饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽 过热蒸汽
v < v’ h < h’ s < s’
v = v’ v ’< v <v’’ v = v’’ h = h’ h ’< h <h’’ h = h’’ s = s’ s ’< s <s’’ s = s’’
饱和线、三相线和临界点
饱和液线
临界点
p
饱和气线
三相线
饱和固线
T v
四个线：三个饱和线、一个三相线
一个点：临界点 农业工程概论
汽相和液相
过热器
锅 炉
汽轮机
因固相不流动， 更关心汽液两相
发电机
凝 汽 器
冰蓄冷
给水泵
农业工程概论
§5-2 汽化与饱和
汽化: 由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化)
v > v’’ h > h’’ s > s’’
水预热
汽化
过热
农业工程概论
水蒸气定压发生过程说明
(1) QUWUpdV
UpVU(pV)H
(2) SSf Sg0
只有加热时熵永远增加
(3) 理想气体 h f (T )
实际气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加
h''h'
汽化潜热:1kg饱和液体加热成同 温度下的干饱和蒸汽所需热量。
干饱和蒸汽
饱和水
对干度x的说明： x = 0 饱和水 x = 1 干饱和蒸汽 0≤x ≤1 在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义
农业工程概论
湿饱和蒸汽区状态参数的确定
如果有1kg湿蒸气，干度为x, 即有xkg 饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。
h xh " (1 x )h ' v xv " (1 x )v ' s xs " (1 x ) s '
Ts=100 ℃ Ts=85.95 ℃
T农s业=工1程1概3论.32 ℃
几个名词：
饱和液(saturated liquid)—处于饱和状态的液体： t=ts 干饱和蒸汽(dry-saturated vapor; dry vapor ) —处于饱和 状态的蒸汽：t=ts 未饱和液(unsaturated liquid) —温度低于所处压力下饱 和温度的液体：t<ts 过热蒸汽(superheated vapor) —温度高于饱和温度的蒸 汽：t>ts, t–ts=d称过热度(degree of superheat)。 湿饱和蒸汽(wet-saturated vapor; wet vapor ) —饱和液和 干饱和蒸汽的混合物：t=ts
第五章 水和水蒸气的性质
农业工程概论
基本知识点
１．应掌握有关蒸气的各种术语及其意义。 例如：汽化、凝结、饱和状态、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。 ２．了解蒸气定压发生过程及其在和图上的 一点、二线、三区和五态。 ３．了解蒸气图表的结构，并掌握其应用。 ４．掌握蒸气热力过程的热量和功量的计算。
农业工程概论
本章重点
1.确定蒸气状态参数的独立变量 2.学会使用水蒸气热力学性质的 图表，并能熟练的运用于各种热 力过程的计算。
农业工程概论
水和水蒸气是实际气体!
水蒸气
在空气中含量极小，当作理想气体
一般情况下，水蒸气是由液态水经 汽化而来的一种气体，离液态较近， 为实际气体，使用图表
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 目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质
农业工程概论
水和水蒸气状态参数确定的原则
1、未饱和水及过热蒸汽 确定任意两个独立参数，如：p、T
2、饱和水和干饱和蒸汽 确定p或T
3、湿饱和蒸汽 除p或T外，其它参数与两相比例有关
农业工程概论
两相比例由干度x确定
定义 x干 湿 饱 饱 和 和 蒸 蒸 汽 汽 质 质 量 量 ＝ m vm vm f
yx"y(1x)y'
x
y y' y" y'
已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度x
农业工程概论
h ,v ,s
水和水蒸气表
两类 1、饱和水和干饱和蒸汽表 2、未饱和水和过热蒸汽表
农业工程概论
饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）
t / oC
T/K
p / MPa
v'
/
m3
/
k
v"
v
p pc p c
C
T
e3
Tc
e2
b3
b2
b1
c3
c2
d
3d
2
c1
d1
e1 B
s
农业工程概论
§5-4 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
g
m
3
/
k
g
h'
h"
s ' / kJ /
kJ / kg kJ / kg ( kg K )
s " / kJ / ( kg K )
0.01 273.160.0006110.00100022206.1750.000614250.010.00009.1562
100 373.150.1013250.00104371.6738 419.06 267.631.3069 7.3564
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
(气体和液体均处在饱和状态下) 饱和状态：汽化与凝结的动态平衡 凝结：由蒸汽变成液体的过程。
农业工程概论
饱和状态
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
饱和温度Ts 饱和压力ps
一一对应
放掉一些水，Ts不变， ps？
Ts
ps
ps=1.01325bar 青藏ps=0.6bar
(4) 未饱和水 过冷度 t过冷ts t 过冷水
过热蒸汽 过热度农业工程概论t过热t ts
p-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程 一点，二线，三区，五态
p
pc
a3 b3
a2 b2
T
C p pc
c3 d3 e3
T Tc Tc
c2 d 2 e2
Tc
a1 b1
c1
A
d 1 e1 BaA1 a 2 a 3
优点: 便宜，易得，无毒， 膨胀性能好，传热性能好
农业工程概论
§ 5-1 纯物质的热力学面及相图
物质有三种聚集状态：固态、液态、气态 水的三态：冰、水、蒸汽
热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态 的曲面
农业工程概论
水的热力学面
单相区
液
p
气
p
固--液
两相区
液--气
T
T
ຫໍສະໝຸດ Baidu
固
v
固--气 v
六个区：三个单相区、三个两相区 农业工程概论
使未饱和液达饱和状态的途径：
t, p
ttsp保p不 持变 t， ppst保t不 持变 p，
13
农业工程概论
§5-3 水蒸气的定压发生过程
t < ts
t = ts t = ts
t = ts
t > ts
未饱和水 饱和水 饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽 过热蒸汽
v < v’ h < h’ s < s’
v = v’ v ’< v <v’’ v = v’’ h = h’ h ’< h <h’’ h = h’’ s = s’ s ’< s <s’’ s = s’’
饱和线、三相线和临界点
饱和液线
临界点
p
饱和气线
三相线
饱和固线
T v
四个线：三个饱和线、一个三相线
一个点：临界点 农业工程概论
汽相和液相
过热器
锅 炉
汽轮机
因固相不流动， 更关心汽液两相
发电机
凝 汽 器
冰蓄冷
给水泵
农业工程概论
§5-2 汽化与饱和
汽化: 由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化)
v > v’’ h > h’’ s > s’’
水预热
汽化
过热
农业工程概论
水蒸气定压发生过程说明
(1) QUWUpdV
UpVU(pV)H
(2) SSf Sg0
只有加热时熵永远增加
(3) 理想气体 h f (T )
实际气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加
h''h'
汽化潜热:1kg饱和液体加热成同 温度下的干饱和蒸汽所需热量。
干饱和蒸汽
饱和水
对干度x的说明： x = 0 饱和水 x = 1 干饱和蒸汽 0≤x ≤1 在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义
农业工程概论
湿饱和蒸汽区状态参数的确定
如果有1kg湿蒸气，干度为x, 即有xkg 饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。
h xh " (1 x )h ' v xv " (1 x )v ' s xs " (1 x ) s '