工程热力学第7章 水蒸汽

pc 22.115MPa, tc 374.120 C , hc 2095 kj / kg vc 0.003147 m / kg, sc 4.4237kj / kg
3
f. 饱和状态：进入界面和离开界面的水蒸汽 分子数相等时，水蒸汽的压力自动稳定在 一定的数值上，水蒸汽与水组成的系统处 于平衡状态，这时，气化与凝结处于动态 平衡，该状态称为饱和状态。对于水，存 在饱和 水状态和饱和水蒸汽状态。处于饱 和状态的压力称为饱和压力ps，处于饱和状 态的温度称为饱和温度ts
' 3 ' ' '
v0 0.001 m / kg, u0 0, s0 0, h0 0 这里，规定三相态时饱和水的内能 u ' 0, 熵s ' 0 （1）温度为ts℃，压力为P的饱和水参数：该参数落
在水蒸汽图表X=0的下界线上，可查饱和水 和水蒸汽图表获得。其中，饱和水的熵s’的 计算为 ' t T dT
q q' q" h'h0 h"h' h h" h h0
7-3 水蒸汽图表

7-3-1 水和水蒸汽的状态参数计算 三相点：当P<PA时，液相不可能存在，只 能存在气、固相。PA—三相点压力 三相态：纯水在冰、水和汽三相平衡共存 时的状态。 水处于三相态时 t0 0.010 C , p0 0.6112 kPa 611.2 Pa
s C p ,l
s
t0
T
4.1868 ln
s
273 .16

其中a、b、m由实验待定。
实际气体方程（Ⅳ）——严家禄方程，写成
9 8 Tr 8 pr 2 v 3 r v Tr r A 3 A
A f Z c
而
pc vc Zc RTc
——临界压缩因子
一般地， ts f ps 写成
ts 178.74 ps 0.6 ps
其中，ts既可以是饱和蒸汽温度，亦可以是饱和 液体温度 g. 三相点：当水的压力低于某一数值时，液相不 可能存在，而仅可能是气相或固相 pA——三相点压力，tA——三相点温度
水的三相点压力和温度分别是：
p A 611 .66 Pa t A 273 .16 K
7-2-2 水蒸汽定压发生过程的热量计算
（Ⅰ）水的定压预热—液体加热阶段
ql C p dt
0 ts Ts 273.15
C p dt, 其中C p 4.187kj / kg k
定压过程热交换量=液体焓的增加 h’—饱和水焓 则 ql h h' h0 h0—温度为t0时的焓 （Ⅱ）饱和水的定压汽化过程—相变阶段 特点：定温定压，汽液相共存，相变潜热 为 Tl s" s ' 或 h h" h' h”—饱和水蒸汽焓 其中 s”—干饱和水蒸汽熵
7-2
水的定压加热汽化（水蒸汽的产生） 过程—三个阶段、五种状态 ①液体加热阶段：处于液态，吸收的热量称 为液体热，用ql表示， ql c p,l t ②阶段Ⅱ—汽化阶段：发生相变，由液态水 →汽态水，特点是定温定压，一定的压力 对应于一定的饱和温度，吸收的热量为汽 化前热 q m
s’—饱和水的熵
h’—饱和水的焓
（Ⅲ）定压过热阶段—加入的热量用于增加 水蒸汽的焓 设加热终了水蒸汽的温度为t，则
qg C p , g dt C
ts
t
t p, g ts
t
△t——过热度
" " q h h 对于定压过程 h—压力为p温度为t时水蒸汽的焓 其中 h”—压力为p温度为t 时水蒸汽的焓 s 则，由0℃的水定压加热至t过热蒸汽所需要 加热量为
实际气体方程（Ⅱ）——维里方程
B C D pv RT 1 2 3 v v v
B、C、D…为待定系数，一般也由实验测定 实际气体方程（Ⅲ）——卡洛维奇方程 卡洛维奇方程式：
a c p 2 v b RT 1 3 2 m v vT 2
水→水蒸汽的三个阶段 五种状态，在T-S 图上表示为：
水蒸汽的P-V图和T-S图：

a→b液体加热 b→c Βιβλιοθήκη Baidud汽化 d→e过热
T-S图上，X=1 为饱和蒸汽线，上界线
X=0 为饱和液体线，下界线 水蒸汽的定压发生过程概括为： 一点——三相点 两线——
三区

液 汽 固
五态


上界线 下界线
未饱和液 饱和液 湿蒸汽 饱和蒸汽 过热蒸汽
③阶段Ⅲ—过热阶段：处于气态，吸收的热 用于加热蒸汽，蒸汽的温度高于该压力下 的饱和温度。
过热阶段习惯上用过热度来表示蒸汽。 t t ts 过热度 五种状态： 状态1—未饱和水状态，特点是温度低于该 压力下所对应的饱和水的温度 状态2—饱和水状态：这时水的温度为该压 力下的饱和温度 状态3—湿蒸汽状态：汽化过程，处于汽液 两相共存状态，引入干度和湿度概 念 mg ml
7-1 水蒸汽的产生过程—若干概念
a. 气化：水由液相转变为汽相的过程
b. 凝结：由汽相变为液相的过程，气化的逆过程
c. 沸腾：液相内部汽化过程，一般只有达到沸点时 才发生
d. 临界温度（tc）：当水的温度超过一定的温度时， 液相不可能存在，而只能存在气相，此时的温度 称为临界温度
e. 临界压力（pc）：与临界温度tc相对应的饱和压力 称为临界压力pc ，水的临界点参数为：
干度，X ml mg ；湿度，Y ml mg
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 ts , 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 ts A ——三相点 C ——临界点 s ——饱和点