工程热力学-第7章水蒸气
合集下载
工程热力学第七章水蒸气教案
1） 第七章 水蒸汽） 水蒸气是工程上应用较广泛的一种工质，例如蒸汽动力装置、压气式制冷装置都是以水蒸气作为工质来实现热能→机械能相互转化的。
这些动力装置也可用燃气或其他工质代替，那为什么要用水蒸汽呢？原因如下） 1、水蒸气容易获得，只要通过水的定性加热即可获得。
） 2、有事宜的热力状态参数，靠卡诺循环、朗肯循环） 3、不会污染环境） 由于水蒸汽处于离液态较近的状态，常有集态现象而且，物理性质也很复杂，所以不能把它看作是理想气体，理想气体的状态方程式以及由它推导的其他计算公式一般都不能用来分析和计算水蒸汽。
所以必须对水蒸汽的性质另行研究。
） 这章重点研究：1、水蒸汽产生的一般原理） 2、水蒸汽状态参数确立） 3、水蒸汽图表的结构及应用） 4、计算水蒸汽热力过程中的,q w ）） 7—1 基本概念和术语） 1、汽化：物质有液态转化为气态的过程。
） 蒸发：在液态表面上进行的汽化过程，在任何温度下进行） 汽化的形式沸腾：在液体内部和表面同时进行剧烈的汽化现象。
沸腾时温度保持不变解释：蒸发在任何温度下都可进行，它是由于液体表面总有一些能量较高的分子，克服临近分子的引力而脱离叶面，逸入液体外的空间，t 越高，能量较大的分子越多，蒸发愈激烈，汽化速度取决于温度。
沸腾时，实在液体内部产生大量的汽泡。
汽泡上升到液面，破裂而放出大量的蒸汽， 工业上用的蒸汽都是通过沸腾的方式获得，液体在沸腾时温度不变，虽加热也保持不变，且液体和气体的温度相同。
沸腾时的温度叫沸点。
()ts f p =2、液化：蒸汽转变为液体的现象，液化和汽化时相反的过程，他取决于(p)3、饱和状态：当液体和蒸汽处于动平衡的状态解释：当液体在有限的密闭空间里汽化时，不仅液体表面的液体分子蒸发到空间去，而空间的蒸汽分子也会因分子密度大，压力增大，撞击到液体表面回到液体中， 当液面上空的蒸汽分子密度达到一定程度时，在单位时间内逸出液面和回到液面的分子数相等时，蒸汽和液体的无量保持不变，汽、液两相处于动平衡状态。
工程热力学基础——第七章蒸汽动力循环
第四节 回热循环
一、回热循环的装置系统图和T-S 图 分析朗肯循环，导致平均吸热温度不高的原 因是水的预热过程温度较低，故设法使吸热过程 的预热热量降低，提出了回热循环。 回热是指从汽轮机的适当部位抽出尚未完全 膨胀的压力、温度相对较高的少量蒸汽，去回热 加热器中加热低温冷凝水。这部分抽汽未经凝汽 器，因而没有向冷源放热，但是加热了冷凝水， 达到了回热的目的，这种循环称为抽汽回热循环。
b
5
a
6
（4）
A
图8 再热循环的T-S图
二、再热循环工作原理
从图可以看出，再热部分实际上相当于在原来 的郎肯循环1A3561的基础上增加了一个附加的循环 ab2Aa。一般而言，采用再热循环可以提高3%左右的 热效率。
三、再热循环经济性指标的计算
1、热效率
t
w0 q1
(h1 ha ) (hb h2 )
第七章 蒸汽动力循环
本章重点
水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循 环、热电循环的组成、热效率计算及提高 热效率的方法和途径
第一节 朗肯循环
一、水蒸汽的卡诺循环
1、水蒸汽的卡诺循环的组成，如图1 2、水蒸汽的卡诺循环在蒸汽动力装置中不被应用
原因：
T
（1）、T1不高（最高
不超 374 0 C ），T2不低
(h1
h2
)
(hb
h a
)
2、汽耗率
d 3600
3600
w0 (h1 ha ) (hb h2 )
四、再热循环分析
1、采用再热循环后，可明显提高汽轮机排 汽干度，增强了汽轮机工作的安全性； 2、正确选择再热循环，不仅可提高汽轮机 排汽干度，还可明显提高循环热效率； 3、采用再热循环后，可降低汽耗率； 4、因要增设再热管道、阀门等设备，采用 再热循环要增加电厂的投资，故我国规定 单机容量在125MW及以上的机组才采用此循 环。 [例7-2] 注意，再热后，各经济指标的变化
工程热力学第7章 水蒸汽
vx hx sx u x x v x h xs
"
"
"
v x v v 1 x h h x h h 1 x s s x s s
1 x v '
'
'
"
'
'
'
"
'
'
"
'
h x pv
g
ml m g
；湿度，
Y
l
ml m g
其中，mg—湿蒸汽中饱和蒸汽质量 ml—湿蒸汽中饱和水质量 显然 X+ Y=1 状态4—干饱和蒸汽：这时 t t , X 1 全部水均汽化为水蒸汽 状态5—过热蒸汽：这时蒸汽的温度高于它 的压力所对应的饱和温度，用 过热度表示两者之关系 t t t s
x
（4）压力为P的过热蒸汽，确定过热蒸汽的状
态，除压力外，还应知道其过热度（△t）， 则过热蒸汽 焓 内能
h h
"
C pv
p ,g
t
ts
h
"
C
p ,g
t
u h s s
"
T
C
dT
p ,g
Ts
T T
s
"
C
p ,g
ln
T Ts
熵
s
'
Ts
C
p ,g
l 0
"
'
"
'
l
"
"
"
v x v v 1 x h h x h h 1 x s s x s s
1 x v '
'
'
"
'
'
'
"
'
'
"
'
h x pv
g
ml m g
；湿度，
Y
l
ml m g
其中，mg—湿蒸汽中饱和蒸汽质量 ml—湿蒸汽中饱和水质量 显然 X+ Y=1 状态4—干饱和蒸汽：这时 t t , X 1 全部水均汽化为水蒸汽 状态5—过热蒸汽：这时蒸汽的温度高于它 的压力所对应的饱和温度，用 过热度表示两者之关系 t t t s
x
（4）压力为P的过热蒸汽，确定过热蒸汽的状
态，除压力外，还应知道其过热度（△t）， 则过热蒸汽 焓 内能
h h
"
C pv
p ,g
t
ts
h
"
C
p ,g
t
u h s s
"
T
C
dT
p ,g
Ts
T T
s
"
C
p ,g
ln
T Ts
熵
s
'
Ts
C
p ,g
l 0
"
'
"
'
l
第7章 水蒸气
第七章水蒸气Water Vapor 本章问题引导：⏹水蒸气可看作理想气体吗？⏹水蒸气是如何产生的？⏹水蒸气的参数如何确定？⏹水蒸气的过程如何计算？7-1 水蒸气的基本概念18世纪人类发明蒸气机，当时蒸气是唯一工质，目前水蒸气仍是火力发电、核电、供暖等的工质。
优点: 容易获得，便宜，无毒，化学性质稳定，膨胀性能好，传热性能好，对环境友好。
在空气中水蒸气含量极小，分压力很低，可当作理想气体，但当离液态不远或有相变，水蒸气一般应作实际气体处理，水蒸气的基本概念1、汽化——液体转变为气体的过程液化——蒸气或气体转变为液体的过程蒸发——液体表面在任何温度进行的缓慢汽化过程2、饱和状态(Saturation state)—汽化和液化达到动态平衡共存的状态饱和温度与饱和压力3. 临界点4.三相线凝固时体积膨胀物质的p-v-T曲面⏹一定的饱和温度总是对应着一定的饱和压力；一定的饱和压力也总是对应着一定的饱和温度⏹饱和温度愈高，饱和压力也愈高饱和温度T s 饱和压力ps一一对应Tspsp s=1.01325bar T s =100 ℃青藏高原p s=0.6bar T s =85.95 ℃高压锅p s=1.6barT s =113.32 ℃Saturation state水cr o cr3cr 22.064MPa647.14K (373.99C)m 0.003106kgp T v ===水的临界点参数饱和液线与饱和汽线的交点气液两相共存的p max ,Tmax临界点水的三相点tp tp 611.2Pa, 273.16Kp T ==t < t s t = t s t = tst = t s t > t s未饱和水饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽预热汽化过热7-2 水定压加热汽化过程水定压加热汽化过程的p -v图及T-s图一点临界点Critical point 两线饱和蒸汽线饱和水线三区液汽液共存汽五态未饱和水饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽7-3 水和水蒸气的状态参数⏹水和水蒸气的状态参数包括p 、v 、T 、h 、s 、u 等，其中h 、s 、u 常需要确定的是它们的变化量。
工程热力学第七章第一部分水蒸汽ppt课件
汽化: 由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化)
Vaporization
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
Boil (气体和液体均处在饱和状态下)
饱和状态Saturation state
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
Saturation temperature 饱和温度Ts 一一对应 饱Sa和tu压ra力tiopns pressure
六个区：三水个的单热相力区、学三面个两相区
单相区
液
p
气
固--液
p
两相区
液--气
T
Tห้องสมุดไป่ตู้
固
v
固--气 v
饱和线、三相线和临界点
Saturation line Triple line
饱和液线
临界点
p
饱和气线
三相线
饱和固线
ptp
v
611.2Pa,TTtp
273.16K
四个线：三个饱和线、一个三相线
一个点：临界点
未饱和液，过冷液 Subcooled liquid 压缩液 Compressed liquid
饱和液 Saturated liquid
饱和湿蒸气
Saturated liquid-vapor mixture 饱和蒸气 Saturated vapor 过热蒸气 Superheated vapor 汽化潜热 Latent heat of Vaporization
3. 水蒸气图表的结构和应用
4. 水蒸气热力过程
蒸汽 水蒸气 Steam Vapor
蒸气
§ 7-1 纯物质的热力学面及相图
Pure substance Solid Liquid Gas
Vaporization
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
Boil (气体和液体均处在饱和状态下)
饱和状态Saturation state
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
Saturation temperature 饱和温度Ts 一一对应 饱Sa和tu压ra力tiopns pressure
六个区：三水个的单热相力区、学三面个两相区
单相区
液
p
气
固--液
p
两相区
液--气
T
Tห้องสมุดไป่ตู้
固
v
固--气 v
饱和线、三相线和临界点
Saturation line Triple line
饱和液线
临界点
p
饱和气线
三相线
饱和固线
ptp
v
611.2Pa,TTtp
273.16K
四个线：三个饱和线、一个三相线
一个点：临界点
未饱和液，过冷液 Subcooled liquid 压缩液 Compressed liquid
饱和液 Saturated liquid
饱和湿蒸气
Saturated liquid-vapor mixture 饱和蒸气 Saturated vapor 过热蒸气 Superheated vapor 汽化潜热 Latent heat of Vaporization
3. 水蒸气图表的结构和应用
4. 水蒸气热力过程
蒸汽 水蒸气 Steam Vapor
蒸气
§ 7-1 纯物质的热力学面及相图
Pure substance Solid Liquid Gas
7.第七章 水蒸气解析
第七章 蒸气的热力性质与热力过程
工程热力学的两大类工质
1、理想气体（ ideal gas）
可用简单的式子描述 如汽车发动机和航空发动机以空气为 主的燃气、空调中的湿空气等
2、实际气体（ real gas）
不能用简单的式子描述，真实工质 火力发电的水和水蒸气、制冷空调中 制冷工质等
水蒸气是实际气体的代表
未饱和水和过热蒸汽表（节录）
饱 和 参 数
查表举例（1）
查表时先要确定在五态中的哪一态。
例.1 已知 ：p=1MPa,试确定t=100℃, 200℃ 各处于哪个状态, 各自h是多少？
ts(p)=179.916℃
t=100℃ < ts, 未饱和水 t=200℃ > ts, 过热蒸汽
h=419.74kJ/kg h=2827.3kJ/kg
液态区：下界限线与临界等温线上段左侧区域 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。
饱和干蒸汽：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。
饱和湿蒸汽：饱和蒸汽与饱和液体的机械混合物。
湿蒸汽状态
t=250℃ ,
二、T-S图 三、H-S图
焓熵图的画法(1)
1、零点：h=0，s=0； 2、饱和汽线（上界线）、饱和液线（下界线）
3、等压线群：p
q Tds dh vdp
h
s
pC
TC
0
h s p
T
0
两相区 单相区
p
T=Const 斜直线 T
湿饱和蒸汽区状态参数的确定
工程热力学的两大类工质
1、理想气体（ ideal gas）
可用简单的式子描述 如汽车发动机和航空发动机以空气为 主的燃气、空调中的湿空气等
2、实际气体（ real gas）
不能用简单的式子描述，真实工质 火力发电的水和水蒸气、制冷空调中 制冷工质等
水蒸气是实际气体的代表
未饱和水和过热蒸汽表（节录）
饱 和 参 数
查表举例（1）
查表时先要确定在五态中的哪一态。
例.1 已知 ：p=1MPa,试确定t=100℃, 200℃ 各处于哪个状态, 各自h是多少？
ts(p)=179.916℃
t=100℃ < ts, 未饱和水 t=200℃ > ts, 过热蒸汽
h=419.74kJ/kg h=2827.3kJ/kg
液态区：下界限线与临界等温线上段左侧区域 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。
饱和干蒸汽：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。
饱和湿蒸汽：饱和蒸汽与饱和液体的机械混合物。
湿蒸汽状态
t=250℃ ,
二、T-S图 三、H-S图
焓熵图的画法(1)
1、零点：h=0，s=0； 2、饱和汽线（上界线）、饱和液线（下界线）
3、等压线群：p
q Tds dh vdp
h
s
pC
TC
0
h s p
T
0
两相区 单相区
p
T=Const 斜直线 T
湿饱和蒸汽区状态参数的确定
工程热力学第六版素材第07章水蒸气
第七章水蒸气
1．基本概念
未饱和水: 水温低于饱和温度的水称为未饱和水（也称过冷水）.
饱和水: 当水温达到压力P所对应的饱和温度
时，水将开始沸腾，这时的水称为饱和水。
湿饱和蒸汽：把预热到ts的饱和水继续加热，饱和水开始沸腾，在定温下产生蒸汽而形成饱和液体和饱和蒸汽的混合物，这种混合物称为湿饱和蒸汽，简称湿蒸汽。
干饱和蒸汽：湿蒸汽的体积随着蒸汽的不断产生而逐渐加大，直至水全部变为蒸汽，这时的蒸汽称为干饱和蒸汽（即不含饱和水的饱和蒸汽）。
2．常用公式
干度：
湿蒸汽的参数：
（当p不太大，x不太小时）
过热蒸汽的焓：
其中
是过热热量，t为过热蒸汽的温度，cpm为过热蒸汽由t到ts的平均比定压热容。
过热蒸汽的热力学能：
过热蒸汽的熵：
水蒸气定压过程：
或
水蒸气定容过程：
水蒸气定温过程：水蒸气绝热过程：3．重要图表
7-1 凝固时体积膨胀的物质的p-t图图7-2 凝固时体积缩小的物质的p-t图图7-4 水蒸气定压发生过程示意图
图7-5 水蒸气的p-v图图7-6 水蒸气的T-s图
图7-7 水蒸气的T-s图
图7-8 水蒸气的h-s图
图7-9 水蒸气的定压过程图7-10 水蒸气的定容过程
图7-11 水蒸气的定温过程图7-12 水蒸气的定熵过程图7-13 水蒸气的不可逆绝热过程图7-14 例7-3。
工程热力学-第七章水蒸气之水蒸气的图表
h’=191.76, h”=2583.7
s’=0. 649 0, s”=8.1481
t
v
h
s
v
h
s
v
h
s
℃ m3/kg kJ/kg kJ/(kg· m3/kg kJ/kg kJ/(kg· m3/kg kJ/kg kJ/(kg·
K)
K)
K)
0 0.0010002 -0.05 -0.0002 0.0010002 -0.05 -0.0002 0.0010002 -0.04 -0.0002 10 130.598 2519.0 8.9938 0.0010003 42.01 0.1510 0.0010003 42.01 0.1510
120 181.426 2725.9 9.6109 36.269 2725.5 8.8674 18.124 2725.1 8.5466
02. 水蒸气的焓熵图
02
水蒸气的焓-熵（h-s）图
水蒸气的t-s图
02
焓熵图
定压线 定温线 定容线 定干度线
斜率
h s n
dh Tds vdp
第七章 水蒸气 之
水蒸气的图表
CONTENTS
01. 水和水蒸气表 02. 水蒸气的焓熵图
01. 水和水蒸气表
01
水蒸气表
1.饱和水和干饱和蒸汽表
01 2.未饱和水和过热蒸汽表
p
0.001 MPa
0.005 MPa
0.01 MPa
饱
ts=6.949 ℃
和 v’=0.001 000 1, v”=129.185
20 135.226 2537.7 9.0588 0.0010018 83.87 0.2963 0.0010018 83.87 0.2963
s’=0. 649 0, s”=8.1481
t
v
h
s
v
h
s
v
h
s
℃ m3/kg kJ/kg kJ/(kg· m3/kg kJ/kg kJ/(kg· m3/kg kJ/kg kJ/(kg·
K)
K)
K)
0 0.0010002 -0.05 -0.0002 0.0010002 -0.05 -0.0002 0.0010002 -0.04 -0.0002 10 130.598 2519.0 8.9938 0.0010003 42.01 0.1510 0.0010003 42.01 0.1510
120 181.426 2725.9 9.6109 36.269 2725.5 8.8674 18.124 2725.1 8.5466
02. 水蒸气的焓熵图
02
水蒸气的焓-熵（h-s）图
水蒸气的t-s图
02
焓熵图
定压线 定温线 定容线 定干度线
斜率
h s n
dh Tds vdp
第七章 水蒸气 之
水蒸气的图表
CONTENTS
01. 水和水蒸气表 02. 水蒸气的焓熵图
01. 水和水蒸气表
01
水蒸气表
1.饱和水和干饱和蒸汽表
01 2.未饱和水和过热蒸汽表
p
0.001 MPa
0.005 MPa
0.01 MPa
饱
ts=6.949 ℃
和 v’=0.001 000 1, v”=129.185
20 135.226 2537.7 9.0588 0.0010018 83.87 0.2963 0.0010018 83.87 0.2963
工程热力学 课件 第七章 水蒸气
u h pv
➢ 定压过程（p=定值）
w pdv pv2 v1
q， h h2 h1
u u2 u1 或 u q w
➢ 定温过程（T=定值）
q Tds T s2 s1
，u u2 u1
w q u
➢ 定熵过程（可逆绝热过程，s=定值）
q Tds 0 ，w u u1 u2
ptp=611.659Pa , Ttp=273.16K(ttp=0.01℃) 三相点液相比体积vtp'=0.00010021m3/kg
7-2 水的定压加热汽化过程
➢ 水的定压汽化过程
▪ 水的定压沸腾汽化：过冷水→饱和水→湿饱和蒸 汽→干饱和蒸汽→过热蒸汽
▪ 液体热ql ：水在定压下从未饱和状态加热到饱 和状态称为预热阶段，所需的热量为液体热
➢ 水的定压汽化过程在p-v及T-s图上的表示
▪ 三个区：过冷水区、湿蒸汽区和过热蒸汽区 ▪ 两条线：饱和水线和饱和蒸汽线 ▪ 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
7-3 水和水蒸汽的状态参数
➢ 零点的规定
▪ 选定水的三相点，即273.16K的液相水作为基准点， 规定该点状态下的液相水的热力学能和熵为零 对于t0=ttp=0.01 ℃ , p0=ptp=611.659Pa的饱和水 u0'=0kJ/kg , s0'=0kJ/(kg·K) v0'=0.00100021m3/kg , h0'=0kJ/kg
第七章 水蒸气
7-1 饱和温度和饱和压力
➢ 水的相变过程
▪ 汽化：水由液态转变为气态的过程称为汽化 ▪ 蒸发：在水表面进行的汽化过程称为蒸发 ▪ 沸腾：在水表面和内部同时进行的强烈汽化过程称
为沸腾 ▪ 凝结：水由气相转变为液相的过程称为凝结
➢ 定压过程（p=定值）
w pdv pv2 v1
q， h h2 h1
u u2 u1 或 u q w
➢ 定温过程（T=定值）
q Tds T s2 s1
，u u2 u1
w q u
➢ 定熵过程（可逆绝热过程，s=定值）
q Tds 0 ，w u u1 u2
ptp=611.659Pa , Ttp=273.16K(ttp=0.01℃) 三相点液相比体积vtp'=0.00010021m3/kg
7-2 水的定压加热汽化过程
➢ 水的定压汽化过程
▪ 水的定压沸腾汽化：过冷水→饱和水→湿饱和蒸 汽→干饱和蒸汽→过热蒸汽
▪ 液体热ql ：水在定压下从未饱和状态加热到饱 和状态称为预热阶段，所需的热量为液体热
➢ 水的定压汽化过程在p-v及T-s图上的表示
▪ 三个区：过冷水区、湿蒸汽区和过热蒸汽区 ▪ 两条线：饱和水线和饱和蒸汽线 ▪ 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
7-3 水和水蒸汽的状态参数
➢ 零点的规定
▪ 选定水的三相点，即273.16K的液相水作为基准点， 规定该点状态下的液相水的热力学能和熵为零 对于t0=ttp=0.01 ℃ , p0=ptp=611.659Pa的饱和水 u0'=0kJ/kg , s0'=0kJ/(kg·K) v0'=0.00100021m3/kg , h0'=0kJ/kg
第七章 水蒸气
7-1 饱和温度和饱和压力
➢ 水的相变过程
▪ 汽化：水由液态转变为气态的过程称为汽化 ▪ 蒸发：在水表面进行的汽化过程称为蒸发 ▪ 沸腾：在水表面和内部同时进行的强烈汽化过程称
为沸腾 ▪ 凝结：水由气相转变为液相的过程称为凝结
工程热力学课件第七章水蒸气
化学性质
水蒸气在化学上与液态水和固态水一样，都 是H2O分子。
环境影响
水蒸气是一种温室气体，它对全球气候变化 产生了影响，我们应该注意保护环境，减少 有害气体的排放。
水蒸气的状态图
相图
了解水蒸气的相图可以帮助我 们预测和掌握其不同相态。
三态转换
了解水的三态转换过程可以帮 助我们更好地理解各种各样的 水蒸气形态。
太阳能热水器是在水箱内加热 分离后高温的水蒸气然后驱动 冷凝器制得，是清洁能源的重 要组成部分。
水蒸气在环境保护中的应用
1
空气污染控制
水蒸气可以帮助我们减轻空气污染的
绿色能源
2
程度，还可以减少工业生产和汽车排 放带来的危害。
水蒸气等清洁能源对地球环境和生态
构成的污染较少，能够更好地满足社
会的能源需求。
关于制热
制热是一个热力学概念，可以通过使用水蒸 气完成。掌握这一点可以帮助我们更好地理 解湿润空气带来的感觉和效果。
水蒸气的制热技术
蒸发制冷
水蒸气的蒸发制冷技术广泛应 用于各种生产和生活场合，带 来了很多便利和效益。
汽轮机制热
太阳能热水器
汽轮机是重要的制热设备之一， 使用高温高压的水蒸气来驱动 涡轮机，然后获得能量。
3
其他定律
热力学学说中涵盖了很多重要的定律和原理，这些定律和原理对于我们理解水蒸 气的作用和应用有着重要的启示。
从饱和蒸汽线到湿空气
饱和蒸汽线
饱和蒸汽线是研究水蒸气特性 的重要工具，它可以帮助我们 更好地理解空气和水蒸气的相 互作用。
湿空气图
湿空气图是研究空气湿度和温 度关系的重要工具，它可以帮 助我们更好地掌握工业生产过 程中的水蒸气应用。
工程热力学-ch7 水蒸气
第7章 水蒸气
第四节
水蒸气的基本过程
第7章 水蒸气
• 水蒸汽基本过程
定容、定压、定温及定熵四种 求解任务 与解理想气体的过程一样，要求：
1、初态和终态的参数； 2、过程中的热量和功。
第7章 水蒸气
利用图表分析、计算水蒸气的步骤： 1、根据初态的两个已知参数，从表或图中
查得其他参数。 2、根据过程特征及一个终态参数确定终态，
二、水蒸气表 水蒸气表
• 饱和水及干饱和蒸气表 • 未饱和水及过热蒸气表
查表
判断工质所处的状态 查相应的表或进行相应的计算
第7章 水蒸气
• 情况一：已知（p,t）
查饱和表得已知压力（或温度）下的饱和温度
ts(p)（或饱和压力ps(t) ）：
t ts ( p) t ts ( p) t ts ( p)
• 预热阶段 • 汽化阶段 • 过热阶段
第7章 水蒸气
水蒸气定压发生过程图
预热
蒸发
过热
第7章 水蒸气
• 预热阶段
状态及状态参数： 未饱和水（过冷水）
p const. t ts v v s s h h
饱和水
p const. t ts v v s s h h
第7章 水蒸气
• 汽化阶段
在湿蒸气区干度及其它参数的的计算：
x y y y y
v v x(v v) s s x(s s) h h x(h h)
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'
u0 0 kJ / kg s0 0 kJ /(kg K ) Q v0 0.00100021 m3 / kg h0 u0 p0v0 0 kJ / kg
工程热力学第七章
hx xh" (1 x)h' 0.96 2748.5 (1 0.96)640.1 2663.78kJ / kg s x xs" (1 x) s' 0.96 6.8215 (1 0.96)1.8604 6.6231kJ /( kg K )
上界限线 两线 下界限线 五态
未饱和水 饱和水 湿蒸汽 干饱和蒸汽 过热蒸汽
18
一点 液 临界点 v 0.00317m3 /kg 三区 汽液共存 cr Critical point 汽
1、零点规定 规定：三相点液态水 热力学能及熵为零
u '273.16 0
h ' u ' pv '
x较大时
sx xs' '1 xs' s'xs' 's' s' x
g
Ts
未饱和水 湿饱和蒸汽 过热蒸汽
21
v ' v v ''
v v ''
二、 水蒸气表
1.饱和水和干饱和蒸汽表（附表6，7）
22
2.未饱和水和过热蒸汽表
p 0.001 MPa ts=6.949 ℃ v’=0.001 000 1, v”=129.185 h’=29.21, h”=2513.3 s’=0.105 6, s ”=8.9735 v m3/kg h kJ/kg s kJ/(kg· K) -0.0002 8.9938 9.0588 9.1823 9.2412 9.2984 9.4080 9.5120 9.6109 0.005 MPa ts=32.879 ℃ v’=0.001 005 3, v”=28.191 h’=137.72, h”=2 560.6 s’=0.4761, s”=8.3930 v m3/kg 0.0010002 0.0010003 0.0010018 28.854 29.783 30.712 32.566 34.418 36.269 h kJ/kg -0.05 42.01 83.87 2574.0 2592.9 2611.8 2649.7 2687.5 2725.5 s kJ/(kg· K) -0.0002 0.1510 0.2963 8.4366 8.4961 8.5537 8.6639 8.7682 8.8674 0.01 MPa ts=45.799 ℃ v’=0.001 010 3, v”=14.673 h’=191.76, h”=2583.7 s’=0. 649 0, s”=8.1481 v m3/kg 0.0010002 0.0010003 0.0010018 0.001009 14.869 15.336 16.268 17. 196 18.124 h kJ/kg -0.04 42.01 83.87 167.51 2591.8 2610.8 2648.9 2686.9 2725.1 s kJ/(kg· K) -0.0002 0.1510 0.2963 0.5723 8.1732 8.2313 8.3422 8.4471 8.5466
上界限线 两线 下界限线 五态
未饱和水 饱和水 湿蒸汽 干饱和蒸汽 过热蒸汽
18
一点 液 临界点 v 0.00317m3 /kg 三区 汽液共存 cr Critical point 汽
1、零点规定 规定：三相点液态水 热力学能及熵为零
u '273.16 0
h ' u ' pv '
x较大时
sx xs' '1 xs' s'xs' 's' s' x
g
Ts
未饱和水 湿饱和蒸汽 过热蒸汽
21
v ' v v ''
v v ''
二、 水蒸气表
1.饱和水和干饱和蒸汽表（附表6，7）
22
2.未饱和水和过热蒸汽表
p 0.001 MPa ts=6.949 ℃ v’=0.001 000 1, v”=129.185 h’=29.21, h”=2513.3 s’=0.105 6, s ”=8.9735 v m3/kg h kJ/kg s kJ/(kg· K) -0.0002 8.9938 9.0588 9.1823 9.2412 9.2984 9.4080 9.5120 9.6109 0.005 MPa ts=32.879 ℃ v’=0.001 005 3, v”=28.191 h’=137.72, h”=2 560.6 s’=0.4761, s”=8.3930 v m3/kg 0.0010002 0.0010003 0.0010018 28.854 29.783 30.712 32.566 34.418 36.269 h kJ/kg -0.05 42.01 83.87 2574.0 2592.9 2611.8 2649.7 2687.5 2725.5 s kJ/(kg· K) -0.0002 0.1510 0.2963 8.4366 8.4961 8.5537 8.6639 8.7682 8.8674 0.01 MPa ts=45.799 ℃ v’=0.001 010 3, v”=14.673 h’=191.76, h”=2583.7 s’=0. 649 0, s”=8.1481 v m3/kg 0.0010002 0.0010003 0.0010018 0.001009 14.869 15.336 16.268 17. 196 18.124 h kJ/kg -0.04 42.01 83.87 167.51 2591.8 2610.8 2648.9 2686.9 2725.1 s kJ/(kg· K) -0.0002 0.1510 0.2963 0.5723 8.1732 8.2313 8.3422 8.4471 8.5466
工程热力学第七章水蒸气之水蒸气的图表ppt课件
20 135.226 2537.7 9.0588 0.0010018 83.87 0.2963 0.0010018 83.87 0.2963
40 144.475 2575.2 9.1823 28.854 2574.0 8.4366 0.001009 167.51 0.5723
50 149.096 2593.9 9.2412 29.783 2592.9 8.4961 14.869 2591.8 8.1732
T
v
p s
n
02
1）定压线群
h T v p
s n
s n
0
h T s p
湿蒸汽区，T = Ts，直线
过热蒸汽区，斜率随T增 大而增大
2）定温线群 h T v p
02
s T
s T
湿蒸汽区：
dp 0
h s T
Ts
直线，与等压线重合
过热蒸汽区：
V
1 v v T
p
h s T
T
1
V
T
等温线较等压线平坦， 低压时趋于水平。
体积膨胀系数
3）等容线群
02
h T p
s v
s v
等熵条件
p s
v
0
h s
v
h s
p
等容线比等压线陡
4）等干度线
THANK YOU
60 153.717 2612.7 9.2984 30.712 2611.8 8.5537 15.336 2610.8 8.2313
80 162.956 2650.3 9.4080 32.566 2649.7 8.6639 16.268 2648.9 8.3422
100 172.192 2688.0 9.5120 34.418 2687.5 8.7682 17. 196 2686.9 8.4471
严家騄版工程热力学PPT 第7章 水蒸气性质和蒸汽动力循环资料
工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环
Saturation line
饱和液线
饱和线、三相线和临界点
Triple line
临界点
p
饱和气线
三相线
饱和固线
四个线：三个饱和线、一个三相线 一个点：临界点
v
ptp 611.T 7Pa
T 273.16K
工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环
思考题 1. 溜冰冰刀 2. 北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相
吉布斯相律 Gibbs phase rule
无化学反应时，热力系独立参数数目为
K f 2
独立强度参数数 组元数 对于水 K 1 单元系 单相 f 1 两相 f 2 三相 f 3 四相 f 4 相数
2 2个（ p和T） 1 1个（ p或T） 0 0个（ p和T定值） 0 不可能
3. 有没有500º C的水？ 没有。t>374.16 ℃
4. 有没有-3 ℃ 的蒸汽？ 有 5. 一密闭容器内有水的汽液混合物，对其 加热，是否一定能变成蒸汽？
工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环
饱和线、三相线和临界点
饱和液线
临界点
饱和气线
p
三相线
饱和固线
v
T
工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环
工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环
第七章 水蒸气性质和蒸汽动力循环
The property of vapor and vapor power cycle
工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环
水和水蒸气是实际气体的代表
水蒸气
在空气中含量极小，当作理想气体 一般情况下，为实际气体，使用图表
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2018-6-4
0.005 MPa
ts=32.879 ℃ v’=0.001 005 3, v”=28.191
h’=137.72, h”=2 560.6 s’=0.4761, s”=8.3930
v
h
s
m3/kg
kJ/kg
kJ/(k g·K)
0.0010002 -0.05 -0.0002 0.0010003 42.01 0.1510
湿蒸汽区，T = Ts，直线 过热蒸汽区，斜率随T增 大而增大
30/60
2）定温线群
h T v p
s T
sT
Ts
直线，与等压线重合
过热蒸汽区：
2018-6-4
V
1 v
v T
p
h s T
T
1
V
T
等温线较等压线平坦， 低压时趋于水平。
体积膨胀系数
●查图表或由专用程序计算 ●压力不太高时，可近似
ht cpt
st
cp
ln T 273.16
3. 饱和水和饱和水蒸气(ps和ts) 查图表或由专用程序计算
4. 过热蒸汽（p，t）
查图表或由专用程序计算。
注意：过热蒸汽不可用类似未饱和
2018-6-4 水的近似式，因cp变化复杂。
20/60
5. 湿饱和蒸汽
AC线：汽化曲线 AB线：融解曲线
AD线：升华曲线
两个关键点：C、A
C点：临界点
A点：三相点 固、液、汽三相共存点
三个物相区：固相区、液相区、
2018-6-4
汽相区
23/60
二、水定压加热汽化过程的p-v图及T-s图
上界限线
pcr 22.12 MPa 两线 下界限线
一点 tcr 374.15 C
4/60
三、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。
饱和状态的温度—饱和温度，ts(Ts) (Saturated temperature)
饱和状态的压力—饱和压力，ps （Saturated pressure）
ts=45.799 ℃ v’=0.001 010 3, v”=14.673
h’=191.76, h”=2583.7 s’=0. 649 0, s”=8.1481
v
h
s
m3/kg
kJ/kg
kJ/(k g·K)
0.0010002 -0.04 -0.0002
0.0010003 0.0010018 0.001009
饱
ts=6.949 ℃
和 v’=0.001 000 1, v”=129.185
参
h’=29.21, h”=2513.3
数
s’=0.105 6, s ”=8.9735
t
v
h
s
℃ m3/kg kJ/kg kJ/(k g·K)
0 0.0010002 -0.05 -0.0002
10 130.598 2519.0 8.9938 20 135.226 2537.7 9.0588 40 144.475 2575.2 9.1823 50 149.096 2593.9 9.2412 60 153.717 2612.7 9.2984 80 162.956 2650.3 9.4080 100 172.192 2688.0 9.5120 120 181.426 2725.9 9.6109
五态
未饱和水 饱和水 湿蒸汽
干饱和蒸汽
过热蒸汽
16/60
各种工质均具有类似水的性质
2018-6-4
17/60
三、水和水蒸气状态参数
●在动力工程中水蒸气不 宜利用理想气体性质计算
●水和水蒸气的状态参数可 按不同区域，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。
t <ts 未饱和水
t =ts 饱和状态，还需其它参数 t >ts 过热状态
2. 已知p（t）及某一状态参数y
v v'
未饱和水
0 x 1
v ' v v '' 湿饱和蒸汽
2018-6-4
v v ''
过热蒸汽
22/60
课程内容回顾
一、水的相变及相图 3线2点3区
三条相平衡曲线：AC、AB、AD
8/60
五、饱和状态压力和温度的关系
1.吉布斯相律
对于多元（如k个组元）多相（如f个相） 无化学反应的热力系，其独立参数，即
自由度 n = k – f + 2
例：水在液相（或固相、气相） k =1， F =1，故n =1-1+2，此时压力，温度均可 独立变化。水在汽液共存时k = 1，f = 2， 故n =1，此时压力和温度中仅有一个可 自由变化。三相点：k =1，f = 3 故n = 0
水的三相点(triple pint)：
ptri 611.6Pa
ttri 0.01 C
v tri
? 2018-6-4
0.00100022m3/kg
9/60
2.克拉贝隆方程
dp dT
相平衡
Ts
v '' v '
dp dT
相平衡
T
vl
vs
dp dT
相平衡
T
vv
vs
、、 分别为汽化潜热(heat of vaporization)、熔解
31/60
2018-6-4
4）等干度线
3）等容线群
h T v p
s v
s v
等熵条件
p s
v
0
h s
v
h s
p
等容线比等压线陡
32/60
水和水蒸气热力性质程序简介
目前，多数软件采用IFC公式，适用范围：273.16~1 073.15 K； 0~100 MPa；将整个区域分成6个子区域，用不同的公式描述，它 们的边界线也用不同的函数表达。
水的三相点
PA=611.2Pa tA=0.01℃ 不同的物质，三相点参数不同
H2： PA=719.4Pa tA=-259.4℃ O2： PA=1253Pa tA=-210℃
思考： 在试验室中实现水的三相点
2018-6-4
14/60
7-2 水蒸气的定压发生过程 一、水定压加热汽化过程
预热
汽化
过热
t < ts
第七章 水蒸气
2018-6-4
1/60
7-1 水的相变及相图 7-2 水蒸气的定压发生过程 7-3 水蒸气图表 7-4 水蒸气的基本热力过程
2018-6-4
2/60
7-1 水的相变及相图 一、相变的几种形式
1. 融解与凝固 2. 汽化与液化 3. 升华与凝华 融解与汽化的相似之处
融解过程：
汽化过程：
凝固时体积缩小的物质的p-t图
11/60
2. 相图的构成
3线2点3区
三条相平衡曲线：AC、AB、AD
AC线：汽化曲线 AB线：融解曲线
AD线：升华曲线
两个关键点：C、A
C点：临界点 A点：三相点
固、液、汽三相共存点
三个物相区：固相区、液相区、汽相区
2018-6-4
12/60
3. 三线曲线斜率的证明(克拉贝隆－克劳修斯方程式) 以AC线为例： 考虑在饱和液体和饱和气体间进行微元卡诺循环
2018-6-4
33/60
1997年,国际水和蒸汽性质协会（IAPWS）推出IAPWS-IF97作为 水和水蒸汽热力学性质的国际工业标准，适用范围为：273.15 K ≤ T ≤ 1 073.15 K，p ≤ 100 MPa；1 073.15 K ＜ T ≤ 2 273.15 K p ≤ 10 MPa。IAPWS-IF97将此有效范围分为5个计算子区域： 1—未饱和水区，2—过热蒸汽区，3—临界水和临界蒸汽区，4—饱 和区，5—超高温（过热）蒸汽区。
液
临界点 Critical
povicnr t
0.00317m3/kg
三区
汽液共存
三、水和水蒸气状态参数
汽
2018-6-4
未饱和水 饱和水 五态 湿蒸汽 干饱和蒸汽 过热蒸汽
24/60
一、 水蒸气表
7-3 水蒸气图表
1.饱和水和干饱和蒸汽表
2018-6-4
25/60
2.未饱和水和过热蒸汽表
p
0.001 MPa
14.869 15.336 16.268 17. 196 18.124
42.01 83.87 167.51 2591.8 2610.8 2648.9 2686.9 2725.1
0.1510 0.2963 0.5723 8.1732 8.2313 8.3422 8.4471 8.5466
26/60
二、 水蒸气的焓—熵（h - s）图
0.0010018 83.87 0.2963
28.854 2574.0 8.4366
29.783 2592.9 8.4961
30.712 2611.8 8.5537
32.566 2649.7 8.6639
34.418 2687.5 8.7682
36.269 2725.5 8.8674
0.01 MPa
150 0.47 571
2018-6-4
6/60
四、 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)