2.饱和水定压汽化阶段.(ts、PS均不变.）
饱和水→（饱和水+饱和水蒸气）湿饱和蒸汽→干饱和蒸汽 干度 ：把1Kg湿蒸汽中所含蒸汽的质量称为湿蒸汽的干度,用x表示
干饱和蒸汽质量 mv x ＝ 湿饱和蒸汽质量 mv mf
汽化阶段,容器内的温度ts恒定.吸收的热量用于由水变为汽 所需要的能量和对外做膨胀功. 定P下将1Kg饱和液体转变成同温度的干饱和蒸汽所需要的 热量叫汽化潜热.用r表示.单位KJ/Kg
第七章
•
水蒸气
刚刚脱离液态或距液态较近的气体物 质，因其分子间作用力大不能看作理想气体。 如工程中常用的水蒸气、氨气、氟里昂等。水 蒸气是热能工程中使用最早、应用广泛的一种 工质。它具有良好的热力性质，并且廉价、易 得、无污染。 • 本章主要介绍水蒸气的形成过程、状态参 数的确定、水蒸气图表结构和应用及相关计算。
1.零点的规定
焓、内能、熵零点的规定（A点） 国际上统一规定(1963)以纯水在三相点 (纯水的 冰、水和汽) 平衡共存状态下的饱和水作为基准点， 这时的饱和水的u和s都＝0 （饱水—’ 饱气—’’）
T 273.16K 0.01C
u0
s0
但 h u pv 原则上不为0， 对此时的水： m3 p 611.2 Pa v 0.00100022 kg h u pv 0.6 J 0.0006 kJ 0 kg kg
2 汽化
S：饱和 ’’干饱和
1 水预热
3 过热
水蒸气定压发生过程说明
(1) (2)
Q U W U pdV U pV U ( pV ) H
S Sf Sg 0
(3) 理想气体
h f (T )
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 过热蒸汽 过热度 t过热 t ts
在T-S图中，1及３阶段a１→b1, d1→e1 都是吸热 dT>0 dS>0.图形为右上凹的对数曲线,而２阶段 汽化过程 b1→d1, Ts不变. 是一水平线.在不同的压力下(t0不变)重 复上述试验,可得到一系列的定P下水蒸汽的发生过程. 将各个过程的相应状 态点连接起来,就得到 两条重要的曲线: 饱和液线AC(下界线) a1b1b2b3... (左为液 相,未饱和液区,右为湿 汽区) 饱和汽线BC(上界线) d1d2d3… (右为过热 蒸汽区,左为湿汽区)
干度x 湿蒸汽中含干蒸汽的质量 湿蒸汽的总质量
• •
• • •
X =M气 /(M气 + M水) 1≥ X ≥ 0 对于未饱和水 M气=0 x=0 对于干蒸汽 M水=0 x=1
§７-３ 水和水蒸气状态参数及其图p129 一、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 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，还需其它参数x（与两相比例有关）
沸腾现象不仅可用加热方法实现，用减压的 方法也可以。若将高温水减压，使其压力降低 到对应热水温度的饱和压力以下时也会达到沸 腾状态。（90℃水内地不沸腾，高原上就是沸 腾的）
7-2. 水蒸气的定压发生过程
一.水蒸气的定压发生过程. (p127图＼板书）
1.水的定压预热阶段. (t0→ts水由不饱和水→饱和水)
7-1 纯物质的相变与相图
物质有三种聚集状态：固态、液态、气态 水的三态： 冰、水、蒸汽
三相之间的变化： 升华 （卫生球） 溶解 汽化
固态
液态
凝固 凝化
气态
液化 （霜）
在一定压力下，对固态冰不断加热，冰将经历三个过程 变为过热水蒸气。 融解过程：冰融化为水 ，冰全部融化之前为冰水两相， 保持融点温度不变。 融点：在一定压力下，固体开始融解时的温度。 汽化过程：水汽化为蒸气，水全部汽化之前为水气两相， 保持沸点温度不变。 沸点：在一定压力下，液体开始汽化时的温度。 过热过程:水全部变为气后再继续加热，蒸气变为过热蒸 气，温度将升高，高于沸点温度。 上述相变过程表示在P—t图上，称为相图。
汽化
因为分子自由热运动，液体表面总有一些较大动能的分子克 服表面张力，脱离液面到自由空间去，所以任何温度下汽化均可 发生。蒸发速度与温度、表面积、液面风速有关。在蒸发过程中， 液面上方的蒸气分子总有可能碰撞液面而返回液体，所以凝结过 程也同样进行。只是一般的蒸发都是在自由空间中进行的，液表 有大量其它气体，蒸气的分子密度小，分压力低，其凝结速度小 于蒸发速度，总的效果是呈蒸发的过程。
的饱和温度ts.水开始沸腾.这时的水叫饱和水.水温低 于饱和水温度的水称为未饱和水,也叫过冷水。
未饱和水,饱和水,湿蒸汽状态,干蒸汽状态,过热蒸汽状态
• 对于湿饱和蒸汽.因为处于饱和状态,其P与T有一一对应
关系,即P、T不是相互独立的状态参数.所以要确定湿蒸 汽的状态,还要知道其中饱和蒸汽或饱和水的含量(与理 想气体不同). 湿蒸汽变为干蒸汽的过程中ts,Ps都不变,但是蒸汽水的 质量都是变化的.要要确定湿蒸汽的状态还需一个参数： 干度X 把1KG湿蒸汽中所含蒸汽的质量称为湿蒸汽的干度,用x 表示. P123
液态 固态
a
ab段 be段 el段
冰的定压加热 b为融点 水的定压加热 e为沸点 气的定压加热
气态
当压力变化时，b,e点位置相 应变化。将不同压力下的融点及 沸点连接起来，就得到融解线AB 和汽化线AC。
AC线上方端点C是临界点.如t>tc,则无论压力多大都不能使它变为 液体。 当压力降低时，AB与AC两线逐渐接近，并交于A点。 A点是固、液、汽三态共存的状态，称为三相点。 若在低于三相点的压力之下对冰定压加热（m点），当t到一 定的值td，冰将从固相直接变为气相． 将不同压力下时对应的升华温度点d相连就得到升华曲线AD。
若蒸发在封闭的容器中进行，随着蒸发的进 行，液面上方的蒸气分子越来越多，其碰撞液面 的机率也越来越多，使凝结速度加快。当蒸发速 度等于凝结速度时，汽、液两相达到动平衡，这 时空间内蒸气分子浓度不再改变，这种两相平衡 状态叫饱和状态。这时相应的有饱和蒸气、饱和 液体、饱和温度ts、饱和压力Ps。 饱和蒸气+饱和水=湿蒸气； 不含饱和水的饱和蒸气叫干饱和蒸气。 Ts与Ps有一一对应的关系：ts=f(Ps) 若Ps变化时，平衡将被打破，然后经一热力过 程达到新的平衡
T
p pc pc
T Tc e3 e2 e1
p
pc
p-v图上的水蒸气定压加热过程
C a3 b3 c3 d 3 e3 T Tc a2 b2 c2 d 2 e2 Tc a1 b1 c1 d1 e1 B A v
p pc
因为全过程压力一定,所以 在P-V图上是一直线 a1→b1 处于未饱和水状态, 水预热过程. b1→d1 湿饱和汽状态 是 饱和水汽化过程. d1→e1 过热汽状态. a1 b1 c1 d1 各点的状态分别 是未饱和水,饱和水,湿饱和 汽 ,干饱和汽,过热汽 (5种）
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 纯物质的相变与相图
物质有三种聚集状态：固态、液态、气态 水的三态： 冰、水、蒸 汽
自然界中大多数纯物质都以三种聚集态存在： 固相、液相、气相，如CO2、H2O等。物质的 存在状态与它存在的环境有关，如水低温时呈 固态，高温时呈气态。 现以水为例分析纯物质的三态变化。
2．T = 0.01℃，压力为P的未饱和水（点a0）
• ∵水的压缩性小，可以认为水的比容ν与压力P无关 • ∴在t＝0.01 ℃时，不同P下水的比容可近似地认为
•
• • • • •
Байду номын сангаас
相等 νo ＝0.001 m3/kg ∵t同ν同 ∴u也同 u＝f ( T ,ν) ｛u o＝u o’＝0 s也可s o＝s o’＝0 当P不太时，h也可以认为相同 h o＝u o + Poνo≈0 (a o点的s与A点的熵相同) T—S图上两点重合
p pc pc
C
b3 c3 d 3 d2 b2 c2 d1 c1 b1
T Tc e3 e2 e1
B
s
T-s图上的水蒸气定压加热过程
水蒸气的定压发生过程在P-V T-S图上所表示的特征, 归纳为:
• 一点: 临界点 • 二线:饱和液线AC(下界线)
饱和蒸汽线BC(上界线) 交于C点
• 三区:未饱和液体区,湿饱和蒸汽区,过热蒸汽区 • 五种状态:对水加热,水温升高(比容增加),至到P所对应
二、水蒸气的p-v图，T-s图 ｐ127
一点，二线，三区，五态
p
pc
C C a3 b3 c3 d 3 e3 T Tc Tc b3 c3 d 3 a2 b2 c2 d 2 e2 d2 Tc b2 c2 d1 a1 b1 c1 d1 e1 A c1 b1 B B a a a3 1 2 A s v
p pc
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。
一般水蒸气是实际气体!
水蒸气
在空气中含量极小，可当作理想气体 一般情况下，为实际气体，使用图表
T
p pc pc
C
A a1 a2a3
b3 c3 d 3 d2 b2 c2 d1 c1 b1
T Tc e3 e2 e1
B
s
T-s图上的水蒸气定压加热过程
随着压力的升高， 上、下界线相交于C 点.C点被称为临界点, 对应的状态参数为临 界参数(Pc tc vc) 不 T 同物质的临界参数不 同。 当t>tc时,水不可能 呈液态.这时不论压力 多大,也不能使汽液化, A 只能通过降温的方 a1 a2a3 法.(tc等温线右侧为 汽区)