水蒸气的热力学性质及过程

P-V图、T-S图
3。掌握水蒸汽表和利用水蒸汽表进行五态的相关基本计算
4。掌握水蒸汽的h-S图和基本热力过程计算
第一节 概 述
理想气体： pvRT uu(T)
水蒸汽：------实际气体（不能用理想气体的状态方程）
实际气体的状态方程： 范德瓦尔方程
a (p )(vb)RT
v2
实际气体的热力学能和焓不仅是温度的函数，且与体积有 关，所以比热容也是温度和体积的函数。
u2p2v2u 1p 1v1h2h 1
1
x1
s
三、定温过程（T= 常数 )
单位质量热量：qT12Td Tss2s1
体积功： w T q T (u 2 u 1 ) T s2 s1 u 2 u 1
T s2 s1 h 2 p 2 v 2 h 1 p 1 v 1
技术功： w t , T q T h 2 h 1 T s 2 s 1 ( h 2 h 1 )
q l 0 tScpd th h o 面a积 sb soa
2）定压汽化阶段b-c-d：饱和水变为干饱和蒸汽，既是定压又是 定温的相变加热过程。比汽化潜热：
r h " h ' 面 bs 积 d sb
3）定压过热阶段d-e：饱和蒸汽变成过热蒸汽，比过热热：
qsu pttScpd thh面d积 se ds
s2’=0.4762kJ/(kgK)，
s2”=8.3952kJ/(kgK)
x2'
h2; hh22'’0.=815327.77kJ/kg，h2”=2561.2kJ/kg
h2"h2'
s 2 ' x 2 's 2 " ( 1 x 2 ') s 2 ' 7 .22 k/k J 3 (K g ) 21
sg s2 ' s 1 0 .40 k/J 2 k (K g 8 )
s x x " ( 1 s x ) s ' 0 . 9 6 . 8 6 ( 1 2 0 . 9 ) 1 . 8 6 5 6 . 6 6 k / 0 2 k ( J K ) 4 g 3 u x h x p 2 v . 7 6 0 . 5 8 6 1 6 0 3 . 0 3 1 6 3 2 0. 7 4 k / k 8 8 Jg 3
用于计算不方便；而h-s图用 作数值计算很方便。
右凸曲的曲线， 越往右，定温线 越趋于水平。
三、定干度线：湿蒸汽区不同定压线上干度相同的状态点的
连线。
第五节 水蒸气的基本热力过程
目的：1）初、终状态参数；
2）过程功、热量以及焓、熵的变化量。
quw
2
w pdv
1
qp h
求解步骤：
qhwt
2
wt vd p
v’,v”
v >v” 过热蒸汽
Sx，hx
2、根据状态查相应的图或表，湿蒸汽查饱和水与饱和蒸 汽表，再利用干度公式求出。
3、热力学能利用公式u=h-pv求得。
例 P=0.5Mpa，v=0.36m3/kg，确定状态，并求出温 度、比焓、比热力学能和比熵。
解查：饱和水与饱和蒸汽表 ts=151.85C，v’=0.0010928m3/kg， v”湿=蒸0.汽3748x1mv3/vk' g0.96
w t h 1 h 2 33 21 0 1 7 7 2 k/ 9 k J 3g 8
h
p1 1 t1
p2 不可逆过程1-2’：
w t'oiw th 1 h 2' 11 k1 /J k4 g
h 2' h 1oiw t 33 0 1 .9 1 722 32 8 k/0 J k
2 2‘
s
P2
处于平衡态单相均匀系= f ( p或 T )。v’，u’，h’，s’ （3）d：干饱和蒸汽，t = ts ， p、T 不再是独立的状态参数
处于平衡态单相均匀系= f ( p或T )。v”，u”，h”，s”
p
T
ab
cd e
e
va v’vx v” v
v
Ts
b
cd
a
s0
s’
sx s” s
s
（4）c：湿蒸汽，饱和水和饱和蒸汽的混合物 t = ts ， p、T 不是独 立的状态参数。 处于平衡态双相非均匀系= f ( p或T，x )。
v"v'
h’=640.1kJ/kg，h”=2748.5kJ/kg s’=1.8604kJ/(kgK)，s”=6.8215kJ/(kgK)
h x x " ( 1 h x ) h ' 0 . 9 2 6 . 5 7 ( 1 0 . 9 4 ) 6 6 . 1 8 2 4 . 7 6 k 0 / k 8 J 6 g
p
T
ab
cd e
e
va v’vx v” v
v
Ts
b
cd
a
s0
s’
sx s” s
s
三、水蒸气的p-v图和T-s图
p
未
C
饱
和
水区x=0
过热蒸汽区
x=1
湿蒸汽区
0 v
T
C
未
饱
和
水
区
过热蒸汽区
湿蒸汽区
x=0
x=1
0
s
1、一点二线三区五态。
2、当压力升高时，饱和温度随之升高，汽化过程缩短，比汽化 潜热减少，预热过程变长，比液体热增加。
程：
2
3
s
绝热效率（相对内效率）：
o
i
wt,s wt,s
h1 h3 h1 h2
例 P1=5Mpa，t1=450C， P2=0.005Mpa， oi=0.9求x2，s2，wt，x2’，sg，wt’
h
p1
解：可逆过程1-2：
1 t1
p2
P1，t1
h1=3317kJ/kg，
s1=6.8204kJ/(kgK)
四、绝热过程（s = 常数 )
体积功：w s q s ( u 2 u 1 ) u 1 u 2 ( h 1 p 1 v 1 ) ( h 2 p 2 v 2 ) 技术功：w t,s q s (h 2 h 1 ) h 1 h 2
h
p1
1-2可逆过程： wt,s h1h2
1
t1
p2
1-3不可逆过 wt,s' h1h3
1
qv u
hupv
2
q Tds
1
可逆过程
1）根据初态已知条件查图或表得到其他状态参数。
2）根据过程特征和终态参数查图或表得到其他终态参数。
3）根据初、终状态参数求出功、热量以及焓、熵变化量。
一、定容过程（v= 常数 )
2
体积功 wv 1 pdv0
技术功 w t,v1 2vd v p p1p2
cpcv R
水蒸汽的热力学能、焓和熵通过查图和表求得。
第二节 水的定压汽化过程和
水蒸气的p-v图及T-s图
汽化和液化
蒸发 汽化
沸腾
一、饱和温度和饱和压力
饱和状态 相应的温度和压力称为饱 和温度（ts）和饱和压力， 两者一一对应。 ts =f(P)
饱和蒸汽 饱和水
二、水的定压汽化过程
容器中装有1kg水， p0.1MPa ta 0C va0.00m 13 kg
3、 饱和水的比体积随压力的升高略有增加，而饱和蒸汽的比 体积则随压力的升高明显的减小。
4、临界点上的比汽化潜热为零，即汽化在一瞬间完成。
p
T
ab
cd e
e
va v’vx v” v
p
未
C
饱
和水x=0
区
v
过热蒸汽区
x=1
Ts
b
a
s0
s’
T
C
未
饱
和
水
区
cd
sx s” s
s
过热蒸汽区
0
湿蒸汽区
x=0 湿蒸汽区
pts, v’，h’，s’， v”，h”，s” 湿蒸汽： v’，h’，s’
v”，h”，s”
v x hx s x
x 二、未饱和水与过热水蒸气表
t，p v， h， s
u=h-pv
三、计算步骤
1、确定状态 t <ts 未饱和水 已知（p，t） t >ts 过热蒸汽
ts
v <v’ 未饱和水
已知（p，v） v’<v <v” 湿蒸汽 x
2
s s2=s1= 6.8204kJ/(kgK)
P2 s2’=0.4762kJ/(kgK)， s2”=8.3952kJ/(kgK)
x s2 s2'h20’.8=01137.77kJ/kg，h2”=2561.2kJ/kg
s2"s2'
h 2 x 2 " ( 1 h x ) h 2 ' 0 . 8 2 0 . 2 5 ( 1 0 1 . 8 6 ) 1 0 . 7 1 3 2 1 7 k / 7 0 k J
第四节 水蒸气的h-s图
h
一、定压线：dqp = dh， dq = T.ds ， h T
s p
C
X=1
定压预热阶段：向上凹曲的曲线 ；
定压汽化阶段：直线；
s 定二就压、是过定定热温温阶线线段，：：因在上而湿凹定蒸曲温汽的线区曲在定线湿压。蒸线
因T-s图分析循环有优点，但 汽区为直线；在过热蒸汽区为向
q v u 2 u 1 h 2 p 2 v 2 h 1 p 1 v 1 h 2 h 1 v p 2 p 1
二、定压过程（p= 常数 )
体积功
w p1 2pd p vv2v1 h
p1 2 t2
2
技术功
wt,p
1
vd p0
x=1
2ຫໍສະໝຸດ Baidu
qpu2u 11p
d u v 2u 1pv2v1
第六章 水蒸气的热力性质和过程
第一节 概述 第二节 水的定压汽化过程和
水蒸气的p-v图及T-s图 第三节 水蒸气表 第四节 水蒸气的h-s图 第五节 水蒸气的基本热力过程
基本要求：
1。熟练掌握水蒸汽的有关基本概念： （1）饱和水（饱和温度、饱和压力） （2）过冷度（过冷水）、过热度（过热蒸汽） （3）液体热、过热热、汽化潜热、干度、临界点 （4） 一点、两线、三区、五态 2。熟练掌握水蒸汽的热力性质、水定压汽化过程和水蒸汽的
本章小结：
1。基本概念： （1）汽化、凝结（2）饱和状态（饱和温度、饱和压力） （3）过冷度（过冷水）、过热度（过热蒸汽） （4）液体热、过热热、汽化潜热、干度、临界点 （5） 一点、两线、三区、五态
2。基本原理： （1）水的定压汽化过程(三个阶段：定压预热、定压汽化、定压过热） （2）水蒸汽的P-V图、T-S图(一点、两线、三区、五态) （3）水蒸气表
x=1
0
v
s
（1）饱和水（饱和温度、饱和压力）
（2）过冷度（过冷水）、过热度（过热蒸汽）
（3）液体热、过热热、汽化潜热、干度、临界点
（4） 一点、两线、三区、五态
第三节 水蒸气表
饱和水与饱和水蒸气表、未饱和水与过热蒸汽表
一、饱和水与饱和水蒸气表
1. 按温度排列，附表2
tp, v’，h’，s’， v”，h”，s” 2. 按压力排列，附表3
>100℃
0℃
100℃
100℃
100℃
va
v
p
a bc d e
vx
v
v
T e
bc d a
v
s
p
T
ab
cd e
e
va v’ vx v” v
五个状态：
v
Ts
b
cd
a
s0
s’
sx s” s
s
（1）a：未饱和水（过冷水），t < ts 过冷度t = ts- t ,
p、T 是独立的状态参数，单相均匀系= f ( p， T )。 （2）b：饱和水，t = ts ， p、T 不再是独立的状态参数
干度x：1kg湿蒸汽中含xkg的饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。
vx x v 1 xv u x xu 1 xu sxxs 1 xs hxxh 1 x
（5）e：过热蒸汽，t > ts , 过热度t = t- ts , p、T 是独立的状态参数，单相均匀系= f ( p , T )。
三个阶段： 1）定压预热阶段a-b：未饱和水变为饱和水。比液体热：
a、饱和水（用’ 表示）和饱和水蒸汽表（用”表示）
b、未饱和水和过热水蒸气表(热力学能用 U=h-PV 来计算)
c、湿蒸汽用：Y x = X Y” + (1-X)Y’ 来计算
（4） h-S图（定压线P、定温线T、定干度线X） 3。水蒸汽的热力过程和应用
(1) 定容过程（2）定压过程（3）定温过程（4）绝热过程 计算步骤：a、由两初态查表或图 b、确定终态并查表 c、计算 q w wt h S 等。