工程热力学-7-水和水蒸气的性质

汽化与饱和
1.汽化: 由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化)
汽化 蒸发：汽液表面上的汽化(任何温度) 沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化
(只有在沸点时, 气体和液体均处在饱和状态下）
因为分子自由热运动，液体表面总有一些较大动能的分子克 服表面张力，脱离液面到自由空间去，所以任何温度下汽化均可 发生。蒸发速度与温度、表面积、液面风速有关。在蒸发过程中， 液面上方的蒸气分子总有可能碰撞液面而返回液体，所以凝结过 程也同样进行。只是一般的蒸发都是在自由空间中进行的，液表 有大量其它气体，蒸气的分子密度小，分压力低，其凝结速度小 于蒸发速度，总的效果是呈蒸发的过程。
不含饱和水的饱和蒸气叫干饱和蒸气。
Ts与Ps有一一对应的关系：ts=f(Ps)
若Ps变化时，平衡将被打破，然后经一热力过 程达到新的平衡
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
ps
ps=1.01325bar 青藏ps=0.6bar 高压锅ps=1.6bar
Ts Ts=100 ℃ Ts=85.95 ℃
固态 a
液态 气态
ab段 冰的定压加热 b为融点 be段 水的定压加热 e为沸点 el段 气的定压加热
当压力变化时，b,e点位置相 应变化。将不同压力下的融点及 沸点连接起来，就得到融解线AB 和汽化线AC。
融解线AB 显示融点与压力的关系， 它划分了固态与液态的区域。
汽化线AC 显示了沸点与压力的关系， 划分了气态与液态的区域。
2.饱和水定压汽化阶段.(ts、PS均不变.）
饱和水→（饱和水+饱和水蒸气）湿饱和蒸汽→干饱和蒸汽 干度 ：把1Kg湿蒸汽中所含蒸汽的质量称为湿蒸汽的干度,用x表示
x
干饱和蒸汽质量＝ mv 湿饱和蒸汽质量 mv mf
汽化阶段,容器内的温度ts恒定.吸收的热量用于由水变为汽 所需要的能量和对外做膨胀功.
升华线AD 表示升华温度与压力的关系 划分了固态与液态的区域。
这三线称为相平衡曲线
固态 a
液态 气态
ab段 冰的定压加热 b为融点 be段 水的定压加热 e为沸点 el段 气的定压加热
当压力变化时，b,e点位置相 应变化。将不同压力下的融点及 沸点连接起来，就得到融解线AB 和汽化线AC。
AC线上方端点C是临界点.如t>tc,则无论压力多大都不能使它变为 液体。
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 优点: 便宜，易得，无毒，
膨胀性能好，传热性能好
7-1 纯物质的相变与相图
物质有三种聚集状态：固态、液态、气态 水的三态： 冰、水、蒸 汽
自然界中大多数纯物质都以三种聚集态存在： 固相、液相、气相，如CO2、H2O等。物质的 存在状态与它存在的环境有关，如水低温时呈 固态，高温时呈气态。
沸腾现象不仅可用加热方法实现，用减压的 方法也可以。若将高温水减压，使其压力降低 到对应热水温度的饱和压力以下时也会达到沸 腾状态。（90℃水内地不沸腾，高原上就是沸 腾的）
7-2. 水蒸气的定压发生过程
一.水蒸气的定压发生过程. (p127图＼板书）
1.水的定压预热阶段. (t0→ts水由不饱和水→饱和水)
现以水为例分析纯物质的三态变化。
7-1 纯物质的相变与相图
物质有三种聚集状态：固态、液态、气态
水的三态： 冰、水、蒸汽
三相之间的变化：
升华 （卫生球）
溶解
汽化
固态
液态
气态
凝固
液化
凝化 （霜）
在一定压力下，对固态冰不断加热，冰将经历三个过程 变为过热水蒸气。
融解过程：冰融化为水 ，冰全部融化之前为冰水两相， 保持融点温度不变。
定P下将1Kg饱和液体转变成同温度的干饱和蒸汽所需要的
第七章 水蒸气
•
刚刚脱离液态或距液态较近的气体物
质，因其分子间作用力大不能看作理想气体。
如工程中常用的水蒸气、氨气、氟里昂等。水
蒸气是热能工程中使用最早、应用广泛的一种
工质。它具有良好的热力性质，并且廉价、易 得、无污染。
• 本章主要介绍水蒸气的形成过程、状态参
源自文库数的确定、水蒸气图表结构和应用及相关计算。
Ts=113.32 ℃
若在一定压力下，对液体加热，当T达到该 P对应的饱和温度ts时，液体内部产生大量气泡 （开锅），这些气泡不断产生，扩大，上升到 液面破裂，随之大量蒸气进入液面上方的空间， 这就是沸腾 ，它是液体内部发生的急剧汽化过 程。 相应压力所对应的饱和温度，就是沸点。 不同的压力将有不同的沸点， ts和Ps 一一对应。 （高压锅的好处）。
基本知识点 水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的 确定、水蒸气图表的结构和应用、水蒸气在
热力过程中功量和热量的计算。
本章重点： 工业上水蒸气的定压生成过程，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。
一般水蒸气是实际气体!
水蒸气 在空气中含量极小，可当作理想气体
一般情况下，为实际气体，使用图表
当压力降低时，AB与AC两线逐渐接近，并交于A点。 A点是固、液、汽三态共存的状态，称为三相点。 若在低于三相点的压力之下对冰定压加热（m点），当t到一 定的值td，冰将从固相直接变为气相． 将不同压力下时对应的升华温度点d相连就得到升华曲线AD。
思考题
ptp 611.2Pa,Ttp 273.16K １. 有没有500ºC的水？ 没有。t >tc=374.16 ℃ ２. 有没有-3 ℃ 的蒸 汽？有
融点：在一定压力下，固体开始融解时的温度。 汽化过程：水汽化为蒸气，水全部汽化之前为水气两相，
保持沸点温度不变。 沸点：在一定压力下，液体开始汽化时的温度。
过热过程:水全部变为气后再继续加热，蒸气变为过热蒸 气，温度将升高，高于沸点温度。
上述相变过程表示在P—t图上，称为相图。
P125 图7-1所示
若蒸发在封闭的容器中进行，随着蒸发的进 行，液面上方的蒸气分子越来越多，其碰撞液面 的机率也越来越多，使凝结速度加快。当蒸发速 度等于凝结速度时，汽、液两相达到动平衡，这 时空间内蒸气分子浓度不再改变，这种两相平衡 状态叫饱和状态。这时相应的有饱和蒸气、饱和 液体、饱和温度ts、饱和压力Ps。
饱和蒸气+饱和水=湿蒸气；