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第三章（第三章（IIII）水和水蒸气的性质水和水蒸气的性质The property of water and vapor能源与动力学院能源与动力学院 毛军逵毛军逵第三章（II）水和水蒸气的性质The property基本要求基本要求掌握有关蒸气的各种术语及其意义。如：汽掌握有关蒸气的各种术语及其意义。如：汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、饱和液体、化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、饱和液体、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。了解蒸气定压发生过程及其在了解蒸气定压发生过程及其在p-vp-v图和图和T-sT-s图图上的一点、二线、三区和五态。上的一点、二线、三区和五态。了解水蒸气图表的结构，并掌握其应用。了解水蒸气图表的结构，并掌握其应用。掌握水蒸气热力过程的热量及功量的计算。掌握水蒸气热力过程的热量及功量的计算。基本要求掌握有关蒸气的各种术语及其意义。如：汽化、凝结、饱和水和水蒸气是实际气体的代表水和水蒸气是实际气体的代表水蒸气水蒸气在空气中含量极小，当作在空气中含量极小，当作理想气体理想气体一般情况下，为一般情况下，为实际气体实际气体，使用图表，使用图表18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质世纪，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、化工的工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质优点优点:便宜，易得，无毒，便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好膨胀性能好，传热性能好是其它实际气体的代表是其它实际气体的代表水和水蒸气是实际气体的代表水蒸气在空气中含量极小，当作理想气注意区分定义注意区分定义水蒸水蒸气气蒸气蒸气蒸蒸汽汽SteamVapor注意区分定义水蒸气蒸气蒸汽SteamVapor汽化方式：汽化方式：蒸发蒸发：汽化过程在：汽化过程在液体表面液体表面发生发生沸腾沸腾：汽化过程在：汽化过程在液体表面及内部液体表面及内部同时发生同时发生汽化与凝结汽化与凝结汽化汽化物质由物质由液态转变为气态液态转变为气态的过程的过程基本概念基本概念BoilVaporization汽化方式：汽化与凝结基本概念BoilVaporization凝结凝结物质由物质由气态转变为液态气态转变为液态的过程。的过程。凝结的速度取决于空间蒸气的压力凝结的速度取决于空间蒸气的压力。汽化与凝结汽化与凝结基本概念基本概念凝结汽化与凝结基本概念饱和状态饱和状态液体分子脱离其表面的汽化速度气体分子回到液体中的凝结速度这时液体与蒸气处于动平这时液体与蒸气处于动平衡状态，称为衡状态，称为饱和状态饱和状态饱和液体饱和液体饱和蒸气饱和蒸气Saturation饱和状态液体分子脱离其表面的汽化速度气体分子回到液体中的凝结饱和温度和饱和压力饱和温度和饱和压力处于饱和状态的气、液温度相同，称为饱和温度ts，蒸气的压力称为饱和压力ps饱和蒸气压方程饱和蒸气压方程当达到汽化和凝结速度相等的饱和状态时，饱和温度和压力必存在单值性关系饱和温度和压力必存在单值性关系。ps=1.01325barTs=100 青藏青藏ps=0.6barTs=85.95 高压锅高压锅ps=1.6barTs=113.32 饱和温度和饱和压力ps=1.01325barTs=100 几个名词几个名词 饱和液饱和液饱和液饱和液(saturated liquidsaturated liquid)处于饱和状态的液体处于饱和状态的液体处于饱和状态的液体处于饱和状态的液体：t=tt=ts s 干饱和蒸气干饱和蒸气干饱和蒸气干饱和蒸气(dry-saturated vapor;dry vapor dry-saturated vapor;dry vapor)处于饱和状态的蒸汽处于饱和状态的蒸汽处于饱和状态的蒸汽处于饱和状态的蒸汽：t=tt=ts s 未饱和液未饱和液未饱和液未饱和液(unsaturated liquidunsaturated liquid)温度低于所处压力下饱和温度的液体温度低于所处压力下饱和温度的液体温度低于所处压力下饱和温度的液体温度低于所处压力下饱和温度的液体：t t t ts s,t t t ts s=d d 称过称过称过称过 热度热度热度热度(degree of superheatdegree of superheat)。湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽(wet-saturated vapor;wet vapor wet-saturated vapor;wet vapor)饱和液和干饱和蒸汽的混合物饱和液和干饱和蒸汽的混合物饱和液和干饱和蒸汽的混合物饱和液和干饱和蒸汽的混合物：t=tt=ts s使未饱和液达饱和状态的途径：使未饱和液达饱和状态的途径：使未饱和液达饱和状态的途径：使未饱和液达饱和状态的途径：3-8 纯物质的热力学面及相图纯物质的热力学面及相图物质三种聚集状态：物质三种聚集状态：固态固态、液态液态、气态气态热力学面热力学面：以：以p,v,T表示的物质各种状态表示的物质各种状态 的曲面的曲面水的三态：水的三态：冰冰、水水、蒸气蒸气Pure substance Solid Liquid Gas Ice Water vapor 3-8 纯物质的热力学面及相图物质三种聚集状态：固态、水的热力学面水的热力学面两相区两相区单相区单相区气气液液固固pvT六个区：三个单相区、三个两相区六个区：三个单相区、三个两相区液液-气气固固-气气固固-液液pvT水的热力学面两相区单相区气液固pvT六个区：三个单相区、三个饱和线、三相线和临界点饱和线、三相线和临界点pv四个线：四个线：三个饱和线、一个三相线三个饱和线、一个三相线饱和气线饱和气线三相线三相线饱和液线饱和液线饱和固线饱和固线T临界点临界点一个点：一个点：临界点临界点Saturation lineTriple line饱和线、三相线和临界点pv四个线：三个饱和线、一个三相线饱和 思考题思考题没有。没有。t374.16 有有2.有没有有没有500C的水？的水？1.溜冰冰刀的工作原理？溜冰冰刀的工作原理？3.有没有有没有-3 的蒸气？的蒸气？4.一密闭容器内有水的气液混合物，对其一密闭容器内有水的气液混合物，对其 加热，是否一定能变成蒸气？加热，是否一定能变成蒸气？思考题没有。t374.16 有2.有没有53-9 水蒸气的定压发生过程水蒸气的定压发生过程t tsv vv=vv=vv v v未饱和水未饱和水未饱和水未饱和水饱和水饱和水饱和水饱和水 饱和湿蒸汽饱和湿蒸汽饱和湿蒸汽饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽饱和干蒸汽饱和干蒸汽饱和干蒸汽 过热蒸汽过热蒸汽过热蒸汽过热蒸汽h hh=hh=hh h hs ss=ss=ss s s水预热水预热水预热水预热汽化汽化汽化汽化过热过热过热过热3-9 水蒸气的定压发生过程t tst=tst=sp-v图，图，T-s图上的定压加热过程图上的定压加热过程一点，二线，三区，五态一点，二线，三区，五态sp-v图，T-s图上的定压加热过程一点，二线，三区，五态一点一点一点一点临界点临界点临界点临界点Critical pointCritical point两线两线两线两线上界限线上界限线上界限线上界限线下界限线下界限线下界限线下界限线三区三区三区三区液液液液汽液共存汽液共存汽液共存汽液共存汽汽汽汽五态五态五态五态未饱和水未饱和水未饱和水未饱和水饱和水饱和水饱和水饱和水湿蒸汽湿蒸汽湿蒸汽湿蒸汽干饱和蒸汽干饱和蒸汽干饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽过热蒸汽过热蒸汽过热蒸汽一点，二线，三区，五态一点，二线，三区，五态一点两线上界限线三区液汽液共存汽五态未饱和水饱和水湿蒸汽干饱水蒸气定压发生过程说明水蒸气定压发生过程说明(1)(2)(3)理想气体理想气体实际气体汽化时，实际气体汽化时，TTs不变，但不变，但h增加增加汽化潜热汽化潜热(4)未饱和水未饱和水过冷度过冷度过冷水过冷水过热蒸汽过热蒸汽过热度过热度只有熵加热时永远增加只有熵加热时永远增加水蒸气定压发生过程说明(1)(2)(3)理想气体实际气体等压线上饱和态参数等压线上饱和态参数ptsv(m3/kg)vsskJ/(kg.K)0.0061120.01 0.00100022 206.1750.09.15621.099.63 0.00104341.6946 1.3027 7.36085.0151.85 0.00109280.374811.8604 6.821550.0263.92 0.00128580.03941 2.9209 5.9712221.29374.15 0.003260.00326 4.4294.429(bar)()bdbd等压线上饱和态参数ptsv(m3/kg)vssk定压加热线与饱和液线相近的说明定压加热线与饱和液线相近的说明当忽略液体当忽略液体cp变化，变化，不同的不同的p，液体近似，液体近似不可压，不可压，v不变不变水的压缩性很小，压缩后升温极微。水的压缩性很小，压缩后升温极微。Inpressible substance定压加热线与饱和液线相近的说明当忽略液体cp变化，不同的p，各种工质均具有类似水的性质各种工质均具有类似水的性质 如如 CO2各种工质均具有类似水的性质3-10 水和水蒸气状态参数及其图表水和水蒸气状态参数及其图表未饱和水及过热蒸汽，一般已知未饱和水及过热蒸汽，一般已知未饱和水及过热蒸汽，一般已知未饱和水及过热蒸汽，一般已知p p、T T即可即可即可即可饱和水和干饱和蒸汽，只需确定饱和水和干饱和蒸汽，只需确定饱和水和干饱和蒸汽，只需确定饱和水和干饱和蒸汽，只需确定p p或或或或T T湿饱和蒸汽，湿饱和蒸汽，湿饱和蒸汽，湿饱和蒸汽，p p和和和和T T不独立，汽液两相不独立，汽液两相不独立，汽液两相不独立，汽液两相s3-10 水和水蒸气状态参数及其图表未饱和水及过热蒸汽，一水和水蒸气状态参数水和水蒸气状态参数确定的原则确定的原则1、未饱和水及过热蒸汽、未饱和水及过热蒸汽确定任意两个独立参数，如：确定任意两个独立参数，如：p、T2、饱和水和干饱和蒸汽、饱和水和干饱和蒸汽确定确定p或或T3、湿饱和蒸汽、湿饱和蒸汽除除p或或T外，其它参数与两相比例有关外，其它参数与两相比例有关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两两相比例由两相比例由干度干度x确定确定定义定义干饱和蒸气干饱和蒸气饱和水饱和水对对干度干度x的说明：的说明：x=0 饱和水饱和水x=1 干饱和蒸气干饱和蒸气0 x 1在在过冷水过冷水和和过热蒸气过热蒸气区域，区域，x无意义无意义Quality两相比例由干度x确定定义干饱和蒸气饱和水对干度x的说明：x 湿饱和蒸气区状态参数湿饱和蒸气区状态参数的确定的确定 如果有如果有1kg湿蒸气，干度为湿蒸气，干度为x,即有即有xkg饱和蒸气，饱和蒸气，(1-x)kg饱和水。饱和水。已知已知p或或T(h,v,s,h,v,s)+干度干度xh,v,s湿饱和蒸气区状态参数的确定 如果有1kg湿蒸气饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）饱和水和饱和水蒸气表（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压表的出处和零点的规定表的出处和零点的规定原则上可任取零点，国际上统一规定。原则上可任取零点，国际上统一规定。但但 原则上不为原则上不为0，对水：对水：表依据表依据表依据表依据19631963年第六届国际水和水蒸气会议发表的年第六届国际水和水蒸气会议发表的年第六届国际水和水蒸气会议发表的年第六届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编制，尽管国际骨架表编制，尽管国际骨架表编制，尽管国际骨架表编制，尽管IFCIFC（国际公式化委员会）（国际公式化委员会）（国际公式化委员会）（国际公式化委员会）19671967和和和和19971997年先后发表了分段拟合的水和水蒸气热力年先后发表了分段拟合的水和水蒸气热力年先后发表了分段拟合的水和水蒸气热力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。性质公式，但工程上还主要依靠图表。性质公式，但工程上还主要依靠图表。性质公式，但工程上还主要依靠图表。焓、内能、熵零点的规定：焓、内能、熵零点的规定：水的三相点水的三相点表的出处和零点的规定原则上可任取零点，国际上统一规定。但 查表举例查表举例 在一刚性容器内充满在一刚性容器内充满p=0.1MPa，t=20的的水。由于水。由于太阳照射太阳照射，使其温度升为，使其温度升为40,求容器求容器承受的压力。承受的压力。p=0.1MPat=20t=40等容过程等容过程储液罐很危险，储液罐很危险，不能装满。不能装满。查表举例 在一刚性容器内充满p=0.1MPa，如何在图上表示功和热如何在图上表示功和热p-v图图（示功图示功图）：面积代表）：面积代表功功能否用线段表示热和功能否用线段表示热和功?T-s图图（示热图示热图）：面积代表）：面积代表热热如何在图上表示功和热p-v图（示功图）：面积代表功能否用线段蒸汽动力循环蒸汽动力循环锅锅锅锅炉炉炉炉汽轮机汽轮机汽轮机汽轮机发电机发电机发电机发电机给水泵给水泵给水泵给水泵凝凝凝凝汽汽汽汽器器器器过热器过热器过热器过热器定压过程定压过程等熵过程等熵过程蒸汽动力循环锅汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器定压过程等熵过程焓焓 熵熵 图图Enthalpy-entropy diagramhsCpx=1x=0pCMollier diagram焓 熵 图Enthalpy-entropy diagramh焓焓 熵熵 图图Enthalpy-entropy diagramhsCx=1x=0pvTx焓 熵 图Enthalpy-entropy diagramh3-11 3-11 水蒸气的热力过程水蒸气的热力过程任务：任务：确定初终态参数，确定初终态参数，计算过程中的功和热计算过程中的功和热 在在p-v、T-s、h-s图上表示图上表示热力过程：热力过程：p s T v 3-11 水蒸气的热力过程任务：确定初终态参数，热力过注意理想气体过程的区别注意理想气体过程的区别第一定律与第一定律与第二定律第二定律表达式均成立表达式均成立理想气体特有的性质和表达式不能用理想气体特有的性质和表达式不能用准静态准静态可逆可逆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理想气体水蒸气的定压水蒸气的定压(Isobaric)过程过程q=h wt=0342pv1例：例：锅炉中，水从锅炉中，水从30，4MPa,定压加热到定压加热到450，需要多少需要多少热量？量？q=h2-h1ts(4MPa)=250.33锅炉、换热器锅炉、换热器水蒸气的定压(Isobaric)过程q=h342pv1水蒸气的定压过程水蒸气的定压过程例：例：水从水从30，4MPa,定压加热到定压加热到450 q=h2-h12Tshs2h1=129.3 kJ/kg h2=3330.7 kJ/kgh2h11341 143=3201.4kJ/kg水蒸气的定压过程例：水从30，4MPa,定压加热到454、注意与理想气体比较，哪些公式可用、注意与理想气体比较，哪些公式可用、哪些不能用哪些不能用第三章第三章 小小 结结 Summary1、熟悉理想气体、水蒸气熟悉理想气体、水蒸气（1 1点点点点2 2线线线线3 3区区区区5 5态态态态）性质性质2、熟悉理想气体的热力过程计算，以及如何在熟悉理想气体的热力过程计算，以及如何在p-vp-v、T-sT-s图上表示热力过程、功、热量图上表示热力过程、功、热量3、针对水蒸气，会查图表，将基本热力过程针对水蒸气，会查图表，将基本热力过程在在p-vp-v、T-sT-s、h-sh-s图上的表示，会计算图上的表示，会计算 q q、W Wt t4、注意与理想气体比较，哪些公式可用、第三章 小 结 S
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