第4章 水蒸气的热力性质

继续加热 升温 超过饱和温度
② 饱和水
继续加热 温度不变 产生饱和蒸汽
④ 干饱和蒸汽
继续加热 全部饱和水汽化 完毕
沸腾（汽化） 沸腾（汽化）
系统中为 饱和水+ 饱和水+饱和蒸汽
湿蒸汽） ③（湿蒸汽）
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水蒸气的T-s图 ⑶水蒸气的 图
将上述未饱和水定压汽化过程（ 将上述未饱和水定压汽化过程（从0℃开始加热）表示到T-s图上 开始加热）表示到 图上
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§4.3 水蒸气的状态参数
⑴ 未饱和水的状态参数
未饱和水的压力与温度可以独立变化 对0℃的未饱和水近似有 0 = 0，u0 = 0，h0 = 0 ℃的未饱和水近似有s ， ，
⑵ 饱和水及饱和水蒸气的状态参数
饱和态下温度与压力有着对应的关系， 饱和态下温度与压力有着对应的关系，仅凭温度或压力一个参 下温度与压力有着对应的关系 数即可确定饱和水或饱和汽的状态 饱和水及饱和汽的热力性质表分有按压力排列和按温度排列两 种 习惯上对饱和水的参数符号加上标（ ） 饱和水的参数符号加上标 饱和汽的参数符号 习惯上对饱和水的参数符号加上标（'） ，对饱和汽的参数符号 加上标（ ） 加上标（"） 以示区别 定压汽化过程实际上也是定温过程， 定压汽化过程实际上也是定温过程，因此 过程实际上也是定温过程 h"= h' + Ts(s"−s') = h'+r − r ——汽化潜热 汽化潜热
汽化
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§4.2 水蒸气定压形成过程
锅炉及各种蒸气发生器中产生水蒸气的过程常理想化为定压过 锅炉及各种蒸气发生器中产生水蒸气的过程常理想化为 定压过 这些装置一般属于开口系统 程；这些装置一般属于开口系统
⑴ 关于水的熵和热力学能的起算零点
国际会议约定： 国际会议约定：对H2O，取三相点 约定 ， 三相点(0.01℃,611.659Pa)下液态水的 ℃ 下液态水的 和热力学能u 熵s0和热力学能 0为零 按此约定，三相点下液态水的焓 按此约定，三相点下液态水的焓h0近似等于零 水的三相点接近为0℃ 所以进一步更粗略地可以认为： ℃ 水的三相点接近为 ℃ ， 所以进一步更粗略地可以认为 ： 0℃ 下 液态水的焓、 液态水的焓、熵、热力学能均为零 液态水近似为不可压缩流体 液态水近似为不可压缩流体 不可压缩 同温度而压力不同的液态水其熵相同， 同温度而压力不同的液态水其熵相同， 热力 学能相同， 学能相同，焓相差很小
T Tc
临界等温线 c 临界点 未饱和 水区 过热蒸汽区 上界限线 饱和汽) (饱和汽)
下界限线 饱和水) (饱和水)
湿蒸汽区
s
下界限线上的点实际上既是饱和水的状态， 下界限线上的点实际上既是饱和水的状态，近 似地也是未饱和水的状态
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临界点是物质的一种重要特性。 在临界状态下，物质的汽、 临界点是物质的一种重要特性。在临界状态下， 物质的汽、 液 是物质的一种重要特性 两相没有明显区别，相界面极其模糊乃至消失； 两相没有明显区别 ， 相界面极其模糊乃至消失 ； 不存在温度超过 Tc 而能够处于稳定平衡态的液体 。 在超临界压力的情况下 ， 原则 而能够处于稳定平衡态的液体。在超临界压力的情况下， 上水被加热到临界温度时立刻全部汽化 T-s图中的 区划分： 图中的3区划分 图中的 区划分： 气态区（过热汽） 气态区（过热汽）：上界限线与临界等温线上段以右区域 液态区：下界限线与临界等温线上段以左区域（ 液态区：下界限线与临界等温线上段以左区域（但未饱和水 的状态实际几乎都集中在下界限上） 的状态实际几乎都集中在下界限上） 湿蒸汽区： 湿蒸汽区：上、下界限线之间的钟罩形区域
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⑵水的定压加热过程
将未饱和水在定压下进行加热
P P t<ts v v' vx P ts ts ts p p t>ts
v''
v
未饱和水
饱和水
湿蒸气 加入汽化潜热r 加入汽化潜热r
定压加热 升温至沸点 （饱和温度） 饱和温度）
饱和汽
过热汽
过热度t 过热度t−ts
① 未饱和水 ⑤ 过热蒸汽
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⑶ 湿蒸汽的状态参数
湿蒸汽的干度(x)：系统中饱和汽所占有的质量份额 湿蒸汽的干度( ) 若系统中饱和水及饱和汽的质量分别为m 若系统中饱和水及饱和汽的质量分别为 w和mv，则
m v x= m +m v w
不同干度下的湿蒸汽参数只能按压力或温度查得对应的饱和水 及饱和水蒸汽的参数，利用干度计算求得： 及饱和水蒸汽的参数，利用干度计算求得： vx = xv″+ (1 − x ) v′= v′ + x ( v″− v′ ) ≈ x v″ ″ ′ ′ ″ ′ ″ hx = xh″+ (1 − x ) h′ = h′+ x ( h″− h′)= h′+ x r ″ ′ ′ ″− ′ ′ sx = xs″+ (1 − x ) s′ = s′ + x ( s″− s′ ) = s′ + x ″ ′ ′ ″− ′ ′
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⑥饱和现象 液化和汽化过程达到动态平衡，系统中汽、 液化和汽化过程达到动态平衡，系统中汽、液两相处于平衡共存 状态
液化
饱和液体——饱和状态下的液体 饱和液体——饱和状态下的液体 —— 饱和蒸汽——饱和状态下的蒸汽 饱和蒸汽——饱和状态下的蒸汽 —— 饱和温度(T ——饱和状态下的系统温度 饱和温度 s) ——饱和状态下的系统温度 饱和压力(Ps) ——饱和汽的压力，亦称饱和蒸汽压 ——饱和汽的压力 饱和汽的压力， 饱和压力 沸腾时系统中汽、液两相时刻处于平衡共存状态， 沸腾时系统中汽、液两相时刻处于平衡共存状态，所产生的为饱 和汽 沸点即饱和温度
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②未饱和水与过热水蒸气热力性质表 未饱和水与过热水蒸气热力性质表
P t, ℃ …… 270 280 290 …… v, m3/kg …… 0.001301 0.03317 0.03473 …… 6MPa h, kJ/kg s, kJ/(kg·K) …… 1185.2 2804.0 2846.5 …… …… 2.9751 5.9253 6.0016 …… v, m3/kg …… …… 0.0013307 0.02801 ……
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③ 汽化 物质由液态转变为气态的过程 汽化过程包括蒸发和沸腾两种现象： 汽化过程包括蒸发和沸腾两种现象： 蒸发——发生在液体表面上的汽化过程，可在任何温度下发生 蒸发——发生在液体表面上的汽化过程，可在任何温度下发生 ——发生在液体表面上的汽化过程 任何温度 沸腾——在液体内部发生并产生大量气泡的汽化过程。沸腾过程 沸腾——在液体内部发生并产生大量气泡的汽化过程。 ——在液体内部发生并产生大量气泡的汽化过程 沸点下才会发生 只在沸点 只在沸点下才会发生 一定压力对应一定的沸点 液化（凝结） ④ 液化（凝结） 物质由气态转变为液态的过程 ⑤ 汽化潜热 1 kg液态物质（饱和液）完全汽化所需的热量 液态物质（ 液态物质 饱和液） 物质的汽化潜热随压力增大而减少
r T s
湿蒸汽的参数介于饱和水和饱和水蒸气之间， 湿蒸汽的参数介于饱和水和饱和水蒸气之间，即 v′<vx< v″； h′ <hx< h″ ； s′<sx<s″； ′ ″ ′ ″ ′ ″
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⑷ 过热水蒸气的状态参数
过热汽的温度和压力可以独立变化，通常按(P, t)形式给定其状 过热汽的温度和压力可以独立变化，通常按 形式给定其状 态 当压力一定而温度提高时 过热汽的 、 、 均提高； 当压力一定而温度提高时，过热汽的h、s、v均提高； 温度提高 当温度一定而压力提高 压力提高时 过热汽的h、 、 均降低； 当温度一定而压力提高时，过热汽的 、s、v均降低； 就相同压力而比较，过热汽的t、h、s、v均较饱和汽大 就相同压力而比较，过热汽的 、 、 、 均较饱和汽大
T ⑤ 饱和温度 ② ③ ④ ① s
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整个汽化（相变）过程涉及到水的5种不同状态： 整个汽化（相变）过程涉及到水的5种不同状态： 未饱和水：一定压力下温度低于对应的饱和温度 未饱和水：一定压力下温度低于对应的饱和温度ts的水 或说，一定温度下压力高于对应的饱和蒸汽压 或说，一定温度下压力高于对应的饱和蒸汽压Ps的液态水 饱和水：一定压力下， 饱和水：一定压力下，温度等于对应 的饱和温度t 的饱和温度 s的水 湿蒸汽： 湿蒸汽：饱和蒸汽与饱和水的机械混 合物（平衡共存） 合物（平衡共存） 饱和蒸汽：一定压力下， 饱和蒸汽：一定压力下，温度等于对 应饱和温度t 应饱和温度 s的蒸汽 过热蒸汽：一定压力下， 过热蒸汽：一定压力下，温度高于对 应饱和温度t 应饱和温度 s的蒸汽 或说，一定温度下压力低于对应的饱和蒸汽压 或说，一定温度下压力低于对应的饱和蒸汽压Ps的蒸汽
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⑸ 水和水蒸气热力性质表
①饱和水与饱和水蒸气热力性质表 饱和水与饱和水蒸气热力性质表 Ⅰ、按压力排列
P MPa …… 0.004 …… 3 …… t ℃ …… 28.98 …… 233.84 …… v′ ′ m3/kg …… 0.001004 …… 0.001216 …… v″ ″ m3/kg …… 34.803 …… 0.06662 …… h′ ′ kJ/kg …… 121.41 …… 1008.4 …… h″ ″ kJ/kg …… 2554.1 …… 2801.9 …… r kJ/kg …… 2432.7 …… 1793.5 …… s′ ′ kJ/(kg·K) …… 0.4224 …… 2.6455 …… s″ ″ kJ/(kg·K) …… 8.4747 …… 6.1832 ……