工程热力学第7章水和水蒸气的性质

0.01 273.160.0006110.00100022206.1750.000614250.010.00009.1562
100 373.150.1013250.00104371.6738 419.06 267.631.3069 7.3564
200 473.15 1.5551 0.00115650.12714825.4 279.412.33076.4289
10 1315.8 310.960.00145260.01800140.86 272.43.36165.6143
未饱和水和过热蒸汽表（节录）
p
0.01MPa
饱
ts 45.83
和 v' 0.0010102v" 14.676
参 h' 191.84 数 s' 0.6493
h" 258.4 s" 8.1505
如何在图上表示功和热
p-v图（示功图）：面积代表功 T-s图（示热图）：面积代表热
Baidu Nhomakorabea能否用线段表示热和功
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）
C点为分界点，不在极值点上
3、等压线群：p
qTdsdhvdp
h s pC
TC
0
h s
p
T
0
两相区 单相区
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 ' s xs " (1 x ) s '
yx"y(1x)y'
x
y y' y" y'
已知p或T(h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+干度x
第七章 水和水蒸气的性质
基本知识点 水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的 确定、水蒸气图表的结构和应用、水蒸气在
热力过程中功量和热量的计算。
本章重点： 工业上水蒸气的定压生成过程，学会使用水 蒸气热力学性质的图表，并能熟练的运用于
各种热力过程的计算。
水和水蒸气是实际气体!
水蒸气 在空气中含量极小，当作理想气体
d
3d
2
c1
d1
e1 B
s
§7-4 水和水蒸气状态参数及其图表
状态公理：简单可压缩系统，两个独立变量
未饱和水及过热蒸汽，一般已知p、T即可
饱和水和干饱和蒸汽，只需确定p或T 湿饱和蒸汽， p和T不独立，汽液两相
1875年，吉布斯提出了吉布斯相律
水和水蒸气状态参数确定的原则
1、未饱和水及过热蒸汽 确定任意两个独立参数，如：p、T
0.02M Pa
ts 60.09 v' 0.0010172v" 7.6515
h' 251.46
h" 260.96
s' 0.8321
s" 7.9092
tv
0 0.0010002 40 0.0010078 60 15.34 80 16.27 120 18.12
h
0 .0
167 .4 261.13 264.93 272.45
p s
T=Const 斜直线 T
向上翘的发散的形线
焓熵图
h
pC
C
s
焓熵图的画法(2)
4、定温线 T 两相区：T、p一一对应，T 线即 p 线 气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体
5、等容线 v 同理想气体一样， v 线比 p 线陡
6、等干度线 x 在x=0, x=1之间，从C点出发的等分线
焓熵图
h" 258.4 s" 8.1505
0.02M Pa
ts 60.09 v' 0.0010172v" 7.6515
h' 251.46
h" 260.96
s' 0.8321
s" 7.9092
tv
0 0.0010002 40 0.0010078 60 15.34 80 16.27 120 18.12
h
0 .0
水的热力学面
单相区
液
p
气
固--液
p
两相区
液--气
T
T
固
v
固--气 v
六个区：三个单相区、三个两相区
饱和线、三相线和临界点
饱和液线
临界点
p
饱和气线
三相线
饱和固线
T v
四个线：三个饱和线、一个三相线
一个点：临界点
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 3. 有没有500ºC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
水蒸气的定温过程
实际设备中很少见
p
C
T
Tc T
远离饱和 线，接近 于理想气 体
v
水蒸气的定温过程
可逆过程：
理想气体 12’
qTdsTs
T wt qh
h
测量干度原理 绝热节流
1
2
2
1
2’
s
s
水蒸气的定容过程
实际设备中不常见
p 2
1 v
水蒸气的定容过程
T
h
v
vp
2p
2 T
1
1
s
s
h ,v ,s
水和水蒸气表
两类 1、饱和水和干饱和蒸汽表 2、未饱和水和过热蒸汽表
饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）
t / oC
T/K
p / MPa
v'
/
m3
/
k
v"
g
m
3
/
k
g
h'
h"
s ' / kJ /
kJ / kg kJ / kg ( kg K )
s " / kJ / ( kg K )
s " / kJ / ( kg K )
0.001 248.45 6.982 0.0010001 129.208 29.33 251.380.10608.9756
0.1 225.28 99.63 0.00104341.6946 417.51 267.751.3027 7.3608 1.0 201.4 179.88 0.0011274 0.19430 762.6 277.072.13826.5847
p 6 1 1 .2 P a v 0 .0 0 1 0 0 0 2 2 m 3k g hup v 0 .6Jk g 0 .00 kk 0 J g 6 0
未饱和水和过热蒸汽表(注意下划线）
p
0.01MPa
饱
ts 45.83
和 v' 0.0010102v" 14.676
参 h' 191.84 数 s' 0.6493
s < s’ s = s’ s ’< s <s’’ s = s’’ s > s’’
水预热
汽化
过热
水蒸气定压发生过程说明
(1) QUWUpdV
UpVU(pV)H
(2) SSf Sg0
只有熵加热时永远增加
(3) 理想气体 h f (T )
实际气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加
h''h' 汽化潜热
(4) 未饱和水 过冷度 t过冷ts t 过冷水
§7-3 水蒸气的定压发生过程
t < ts
t = ts t = ts
t = ts
t > ts
未饱和水 饱和水 饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽 过热蒸汽
v < v’ v = v’ v ’< v <v’’ v = v’’ v > v’’
h < h’ h = h’ h ’< h <h’’ h = h’’ h > h’’
pv RT u f (T) h f (T)
cp cv R
scplnTT12
Rln
p2 p1
cp
k
k 1
R
cv
1 k 1
R
水蒸气的定压过程
锅炉、换热器
qhvdp
q = h
wt = 0
p
例：锅炉中，水从30℃ ，
4MPa, 定压加热到450 ℃
ts(4MPa)=250.33℃
13
2
4
q = h2-h1
h
C
T
x s
§7-5 水蒸气的热力过程
热力过程： p s T v
任务： 确定初终态参数，
计算过程中的功和热 在p-v、T-s、h-s图上表示
注意理想气体过程的区别
第一定律与第二定律表达式均成立
qduw
qdhwt
dsiso 0
可逆
w pdv
wt vdp
q Tds
理想气体特有的性质和表达式不能用
300 573.15 8.5917 0.00140410.02162134.54 274.483.25595.7038
饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）
p / MPa
r kJ
/ kg
t / oC
v'
/
m3
/
k
v"
g
m
3
/
k
g
h' kJ
h" / kg kJ
/ kg
s ' / kJ / ( kg K )
一般情况下，为实际气体，使用图表
18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质 直到内燃机发明，才有燃气工质 目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质 优点: 便宜，易得，无毒，
膨胀性能好，传热性能好
§ 7-1 纯物质的热力学面及相图
物质有三种聚集状态：固态、液态、气态 水的三态：冰、水、蒸汽
热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态 的曲面
加热，是否一定能变成蒸汽？
饱和线、三相线和临界点
饱和液线
临界点
p
饱和气线
三相线
饱和固线
T v
汽相和液相
过热器
锅 炉
汽轮机
因固相不流动， 更关心汽液两相
发电机
凝 汽 器
冰蓄冷
给水泵
§7-2 汽化与饱和
汽化: 由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化)
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
v
水蒸气的定压过程
例：水从30℃ ，4MPa, 定压加热到450 ℃
q = h2-h1 =3201.4kJ/kg
T
h
2
3
h2
2
1
4
13
4
h1
s
s
h1 = 129.3 kJ/kg
h2 = 3330.7 kJ/kg
水蒸气的绝热过程
汽轮机、水泵
q=0
p
wt hh1h2
1
可逆过程： s
p1
1
2
p2
不可逆过程： 2 2’
167 .4 261.13 264.93 272.45
s
v
0.0001 0.5729 8.1752 8.3437 8.5479
0.0010002 0.0010078 0.0010171
8.119 9.052
h
0.0 167.5 251 .1 264.78 272.4
s
0.0001 0.5721 0.8310 8.0205 8.2261
2、饱和水和干饱和蒸汽 确定p或T
3、湿饱和蒸汽 除p或T外，其它参数与两相比例有关
两相比例由干度x确定
定义 x干 湿 饱 饱 和 和 蒸 蒸 汽 汽 质 质 量 量 ＝ m vm vm f
干饱和蒸汽
饱和水
对干度x的说明： x = 0 饱和水 x = 1 干饱和蒸汽 0≤x ≤1 在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义
(气体和液体均处在饱和状态下)
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
饱和状态
饱和状态：汽化与凝结的动态平衡
饱和温度Ts 饱和压力ps
一一对应
放掉一些水，Ts不变， ps？
Ts
ps
ps=1.01325bar
青藏ps=0.6bar 高压锅ps=1.6bar
Ts=100 ℃ Ts=85.95 ℃
Ts=113.32 ℃
v
1 2’
水蒸气的绝热过程
汽轮机、水泵
q=0
T
可逆过程： s
1
wt h1 h2
p1
不可逆过程：
p2 22’ s
wt h1 h2'
水蒸气的绝热过程
汽轮机、水泵 q = 0
h
h1
1
p1
h2’
h2
p2 22’
s
可逆过程： s
wt h1 h2
不可逆过程
wt h1 h2'
透平内效率
oi
h1 h2 ' h1 h2
s
v
0.0001 0.5729 8.1752 8.3437 8.5479
0.0010002 0.0010078 0.0010171
8.119 9.052
h
0.0 167.5 251 .1 264.78 272.4
s
0.0001 0.5721 0.8310 8.0205 8.2261
表的出处和零点的规定
表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发 表的国际骨架表编制，尽管IFC（国际公式化委 员会）1967和2019年先后发表了分段拟合的水和 水蒸气热力性质公式，但工程上还主要依靠图表。
焓、内能、熵零点的规定：
原则上可任取零点，国际上统一规定。
水的三相点 T 2.1 76 3 u 0 0 s 但 hupv 原则上不为0， 对水：
过热蒸汽 过热度 t过热tts
p-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程 一点，二线，三区，五态
p
pc
a3 b3
a2 b2
T
C p pc
c3 d3 e3
T Tc Tc
c2 d 2 e2
Tc
a1 b1
c1
A
d 1 e1 BaA1 a 2 a 3
v
p pc p c
C
T
e3
Tc
e2
b3
b2
b1
c3
c2