p 611.2Pa v 0.00100022 m3 kg h u pv 0.6 J kg 0.0006kJ kg 0
水蒸气参数计算
1. 温度为0.01℃，压力为p的未饱和水
水的压缩性小，p 变化时，v 0 ，v0 v0
T0 T0 ，v0 v0， u0 u0 0 s0 s0 0
水蒸气的pv图和Ts图
一点，二线，三区，五态
p
T
pc
a3 b3
p c3 d3 e3
pc T Tc Tc
a2 b2 c2 d2 e2
Tc
a1b1
c1
A
d1
e1
B
A a1 a2a3
p pc pc
T e3e2
Tc
b3 b2 b1
c3 d3d c2
2
c1
d1
e1 B
v
s
饱和液相线与饱和气相线相交的说明
在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义
水蒸汽参数计算——独立参数
需要几个已知条件才能确定水和水蒸气的状态？
状态公理：简单可压缩系统，两个独立参数 未饱和水及过热蒸汽：2个独立参数，p，T 饱和水及饱和蒸汽：p＝f（T），1个独立参数，p或T 湿饱和蒸汽：p，T不独立，参数与两相比例有关，p
或T，干度x
克拉贝龙方程：
t = ts 饱和水
v = v’ h = h’ s = s’
t = ts
t = ts
t > ts
饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽 过热蒸汽
v ’< v <v’’ v = v’’ v > v’’
h ’< h <h’’ h = h’’ h > h’’
s ’< s <s’’ s = s’’
s > s’’
预热
汽化
过热
应用广泛 1. 18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质。 2. 直到内燃机发明，才有燃气工质 3. 目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质
水蒸气在空气中含量极少时，当作理想气体 一般情况下，为实际气体，是实际气体的典型代表。
研究内容
工程热力学研究的主要内容： 1. 能量转换的基本定律 2. 工质的基本性质与热力过程 3. 热功转换设备、工作原理
基本性质
水蒸气的产生与变化规律 相变及相图 定压发生过程
水蒸气热力状态计算 水蒸气表 焓熵图
热力过程
水蒸气的基本热力过程 定压、定容 定温、定熵
水的相变
物质有三种聚集状态：固相、液相、气相 水的三态：冰、水、蒸汽
汽化：由液相转变成气相的物理过程
凝结：与汽化相反的过程。
汽化
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
dp dT
相变
Ts
(v''
v' )
水蒸气参数计算——零点的规定
计算变化量，原则上可任取零点，国际上统一规定。
1963，国际水蒸气会议规定：以水物质在三相（纯水的 冰、水和汽）平衡共存状态下的饱和水作为基准点，基 准点的热力学能和熵为0。
水的三相点 T 273.16 u 0 s 0
但 h u pv 原则上不为0， 对水：
4. 压力为p的湿饱和蒸汽
h xh" (1 x)h' v xv" (1 x)v' s xs" (1 x)s'
h0 u0 pv0 0
2. 温度为ts℃，压力为p的饱和水
定p
0.01℃
ts℃
ql h h0 h
ql h cpm ts 0.01
液体热 ql
s
c Ts
273.16 p
dT T
c pm
ln
Ts 273.16
水蒸气参数计算
3. 压力为p的干饱和蒸汽
r Ts (s s) h h u h pv
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
பைடு நூலகம்
Ts=100 ℃ Ts=85.95 ℃ Ts=113.32 ℃
水蒸气的定压发生过程
t < ts 未饱和水
v < v’ h < h’ s < s’
压力增大，饱和温度升高，水体积增加（液态水不可压）
压力增大，饱和温度升高，蒸汽比容减小（p比T影响大）
p
ts
(bar) (℃)
0.006112 0.01
1.0
99.63
5.0
151.85
50.0
263.92
221.29 374.15
v’
v’’ s’
s’’
(bar)
kJ/(kg.K)
0.00100022 206.175 0.0 9.1562
水的三相点 ptp 611.2Pa,Ttp 273.16K
临界点：汽化曲线的上方端点，此时饱和汽和饱和液 具有完全相同的性质，呈现为均匀的单相。 临界点：气液两相共存的最大压力和最大温度。 高于临界压力时，液汽两相的转变不经历两相平衡共存 的饱和状态，变化中物质总是呈现出均匀的单相。
水的临界点
pc 22.129MPa Tc 647.30K vc 0.00326 m3 kg
工程热力学
Engineering Thermodynamics
第七章 水蒸气
水的相变及相图 水蒸气的定压发生过程 水蒸气表和焓熵图 水蒸气的基本热力过程
为什么研究水蒸气？
水蒸气是各种热力过程中广泛应用的重要工质。 1. 水蒸气容易获得，经济性好 2. 热力参数适宜（膨胀性、传热性好） 3. 不污染环境
0.0010434 1.6946 1.3027 7.3608
0.0010928 0.37481 1.8604 6.8215
0.0012858 0.03941 2.9209 5.9712
0.00326 0.00326 4.429 4.429
b
d
b
d
定压加热线与饱和液相线接近的说明
当忽略液体cp变化， 不同的p，液体近似不可压，v不变
升华：由固态直接转变成气态的物理过程 凝华：与升华相反的过程。
水的相图
汽化线
汽化线
p 凝固线 液
固
流体
p 凝固线
固 临界点
流体 液
临界点
气 三相点
气 三相点
升华线 凝固时体积膨胀的物质T
升华线 凝固时体积缩小的物质T
三相点与临界点
三相态：固、液、汽三相共存的状态。三相态是汽液 共存的曲线的最低点，也称三相点。
u f (T , v)
对每个不变的T
q du pdv 0
s q c ln T2 0
T
T1
湿蒸汽的描述——干度
湿蒸汽：饱和温度下形成的饱和液体与饱和蒸汽的混
合物
干度 x ＝
湿蒸汽中含干蒸汽的质量 湿蒸汽的总质量
（1-x）称为湿度，表示湿蒸汽中饱和水的含量。 特殊情况 x＝0：干蒸汽含量为0，饱和液体（饱和液体线） x＝1：饱和水含量为0，干饱和蒸汽（饱和蒸汽线）