第七讲 水蒸气的热力性质和热力过程

第五节 水蒸汽的基本热力过程
水蒸汽的热力过程的计算任务：
(1)初态和终态的状态参数 (2)过程中的热量、膨胀功、技术功、焓和 熵的变化。 (3)利用蒸汽表和焓熵图进行计算。
一、定容过程 单位质量膨胀功为零
2
wv 1 pdv 0
单位质量技术功
wt ,v
2
vdp
1
v p1
p2
单位质量热量：
试确定加热终点的状态，求出单位质量的加热量。 解：查附表3得， p1 0.2MP时a 的参数为
ts1 120 .30 C
v1' 0.0010608 m3 kg
v1" 0.88592 m3 kg h1' 504 .7 kJ kg
h1" 2706 .9 kJ kg
算得 v1 x1v1" 1 x1 v' 0.0014526 m3 kg h1 x1h1" 1 x1 h' 505 .7 kJ kg
一、饱和温度和饱和压力
当水和蒸汽的温度和压力不再变化时，从水中 飞出的分子与从蒸汽中飞入水中的分子数达到 动态平衡，对应于温度 t0C 时，平衡时的压力 称为饱和压力。
蒸发的条件：水蒸汽的分压力小于相应温度下水 的饱和压力。
给定压力下，对应有一个水和水蒸汽的饱和温度 ：
ts f p
沸腾的条件：水温达到给定压力下的饱和温度。
qv h2 h1 v p2 p1
二、定压过程 单位质量膨胀功
2
wp 1 pdv p(v2 v1 )
单位质量技术功
2
wt, p 1 vdp 0
单位质量热量
q p h2 h1
三、定温过程 单位质量热量
2
qT 1 Tds T (s2 s1 )
单位质量膨胀功 wT qT (u2 u1)
vx xv" (1 x)v '
ux xu" (1 x)u '
hx xh" (1 x)h' sx xs" (1 x)s '
三、水蒸汽的 p v 图和 T s 图
第三节 水蒸气表
(1)未饱和水区 (2)湿蒸汽区 (3)过热蒸汽区
一、饱和水与饱和水蒸汽表 1.按温度排列：
2.按压力排列：
ts 151 .85 0 C v, 0.001092 m3 kg
v" 0.37481 m3 kg h' 640 .1kJ kg
h" 2748 .5 kJ kg
s' 1.8604 kJ kg K
s" 1.8604 kJ kg K
干度： x v v' 0.36 0.0010928 0.96
对于湿蒸气，先根据附表2和3查出饱和水和 饱和蒸气的参数，用干度计算。
二、未饱和水与过热水蒸汽 由附表4查出未饱和水和过热水蒸汽的 v, h, s
例6-1 有一种说法：“过冷水一定很冷，过 热水蒸汽一定很热”，试用水蒸汽表对此加 以评论。
例6-2：某锅炉产生的蒸汽， p 0.5MPa,v 0.36 m3 kg 试确定其所处状态，并求出其温度、比焓、 比热力学能和比熵的数值。
u1 h1 p1v1 505.7 0.2106 0.0014526103 505.4 kJ kg
定容加热 ： v2 v1 0.0014526 m3 kg
2.定压汽化阶段：b d
比汽化潜热 r h" h' 面积bds"s'b
湿饱和蒸汽：饱和水完全汽化之前，饱和水与水 蒸汽的混合物。
3.定压过热阶段：d e
过热度： t t ts
比过热热：
qsup
ts ts"
c p dt
h h"
面积dess"d
干度：1kg 湿蒸汽中含饱和蒸汽 xkg 。
二、水的定压汽化过程
1 kg水，压力 0.1MPa ，初始温度ta 00 C ，这时水的 比体积为va 0.001 m3 kg ，
水在定压加热的时候，比体积略有增加，表
现为点 a自左向右移动；水温不断上升，焓
和熵增加。
1.定压预热阶段： a b
比液体热： ql
ts 0
c pdT
面积 abs ' s0 a
过热阶段，定压线向上凹。
定压线簇向右上方呈发散状。
二、定温线 在湿蒸汽区定压线即定温线；在过热蒸汽区， 定温线为向右上凸的曲线。
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
例6-4：如图6-6所示，在湿蒸汽区任一定压 线段BD内取一点M，则该点的干度 x BM BD 试证明之。
x hx h' GN BM h" h' GD BD
T s2 s1 h2 p2v2 h1 p1v1
单位质量技术功 wt,T T s2 s1 h2 h1
四、绝热过程 单位质量膨胀功
ws h1 p1v1 h2 p2v2
单位质量技术功：
wt,s h1 h2
例6-5：有一刚性封闭容器，装有 p1 0.2MPa 、 x1 0.0004428 的湿蒸汽，对其加热至 p2 10MPa
v" v' 0.37481 0.0010928
比焓值为：
hx xh" 1 xh' 0.96 2748.5 (1 0.96)640.1
2663.78kJ kg
比热力学能：
ux hx pv 2663 .78 0.5 10 6 0.36 10 3 2483 .78 kJ kg
温度： t ts 151 .850 C 例 在压力 p 10MPa 下，对水进行定压加热，当其 温度分别为 t1 3000C 和 t2 5500C ，试确定其所处 的状态。
第一节 概述
一、水蒸气不适于理想气体状态方程 水蒸气离液态不远，而且伴随物质聚态的变化
实际气体的热力学能不仅是温度的函数，还 是比体积的函数。

实际气体的状态方程：
p
a v2
v
b
RT
实际气体的比热容：
cv
u T V
cV (T , v)
cp cv R
第二节 水的定压汽化过程与水蒸汽的 p v 图和 T s 图
解：p 10MPa 时，ts 310.960C t1 3000C 时，为未饱和水，过冷度
t1 10.960 C
第四节 水蒸气的 h s 图
焓-熵图 定压过程的热量和绝热过程的技术功可 用纵坐标上线段的长度来表示。
一、定压线
h T s p
定压预热阶段，定压线向上凹；
定压汽化阶段，定压线为直线；