气体和蒸汽的性质

1、3 33 3 理想气体的热力性能、焓和熵理想气体的热力性能、焓和熵3 32 2 理想气体的比热容理想气体的比热容31 理想气体的概念理想气体的概念3 36 6 水和水蒸气的状态参数水和水蒸气的状态参数3 35 5 水的汽化过程和临界点水的汽化过程和临界点34 水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图37 水蒸气表和图水蒸气表和图工质工质：实现热能和机械能相互转化的：实现热能和机械能相互转化的媒介物质媒介物质。 如燃气如燃气、水蒸气、制冷剂。水蒸气、制冷剂。满足理想气体状态方程，可用简单的关系式进行描述。满足理想气体状态方程，可用简单的关系式进行描述。如汽车发动机和航空发动机以空气为主的如汽

2、车发动机和航空发动机以空气为主的燃气燃气等等2、实际气体、实际气体不满足理想气体状态方程，不能用简单的关系式进行描述不满足理想气体状态方程，不能用简单的关系式进行描述 火力发电的火力发电的水和水蒸气水和水蒸气、制冷空调中、制冷空调中制冷剂工质制冷剂工质等等分类：分类： 1、理想气体理想气体工质的性质 第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质 1、理想气体理想气体的性质的性质 2、水和水蒸气水和水蒸气的性质的性质第六章第六章 实际气体实际气体的性质及热力学的性质及热力学一般一般 关系式关系式 第十二章第十二章 理想气体混合物理想气体混合物及及湿空气湿空气 理想气体的热力性质理想气体的热力性

3、质 重点内容：重点内容： 利用理想气体的状态方程，计算理想气体的基本利用理想气体的状态方程，计算理想气体的基本状态参数；状态参数； 理想气体的比热容的计算；理想气体的比热容的计算； 理想气体热力学能、焓和熵的计算。理想气体热力学能、焓和熵的计算。一、理想气体模型一、理想气体模型3-1 理想气体的概念理想气体的概念 称为克拉贝龙状态方程，或理想称为克拉贝龙状态方程，或理想气体状态方程。气体状态方程。TRpvg宏观定义：遵循克拉贝龙状态方程的气体宏观定义：遵循克拉贝龙状态方程的气体 微观定义：微观定义： 假设条件：假设条件： (1)(1)气体分子是不占据体积的弹性质点；气体分子是不占据体积的弹性质

4、点； (2)(2)气体分子相互之间没有任何作用力。气体分子相互之间没有任何作用力。（一）、理想气体的分子模型（一）、理想气体的分子模型 假设假设: （1）分子都是弹性的不占体积的质点；分子都是弹性的不占体积的质点； （2）分子相互之间没有作用力。）分子相互之间没有作用力。 完全的理想气体是不存在的，它是实际气体在压力趋近于完全的理想气体是不存在的，它是实际气体在压力趋近于零，比体积区域无穷大的极限状态。零，比体积区域无穷大的极限状态。 （二）、（二）、能否作为理想气体处理的依据能否作为理想气体处理的依据 （1）气体所处的状态是否远离液态；）气体所处的状态是否远离液态； （2）工程上所允许的误差

5、。）工程上所允许的误差。 （三）、工程上（三）、工程上 可作为理想气体处理的常见气体可作为理想气体处理的常见气体 在常温、常压下在常温、常压下O2、N2、CO、H2、空气、空气、 燃气、烟气等燃气、烟气等离液态较远，可作理想气体处理。离液态较远，可作理想气体处理。opv ，或不满足上述两点假设的气态物质称为实际气体，水蒸气、制冷不满足上述两点假设的气态物质称为实际气体，水蒸气、制冷剂蒸汽等。剂蒸汽等。二、二、 理想气体状态方程式理想气体状态方程式 理想气体宏观定义：凡遵循理想气体宏观定义：凡遵循克拉贝隆克拉贝隆(Clapeyron)方程的气体方程的气体四种形式的四种形式的克拉贝隆克拉贝隆方程（

6、理想气体状态方程）：方程（理想气体状态方程）：m1 mol: pVR T mol : npVnRT1 kg : gpvR T kg : gmpVmR T状状态态方方程程摩尔体积摩尔体积摩尔气体常数摩尔气体常数气体常数气体常数三、摩尔质量和摩尔体积三、摩尔质量和摩尔体积摩尔：摩尔：物质的量的基本单位，物质的量的基本单位，mol1mol 0.012kg C(12)的原子数目，的原子数目，6.02251023摩尔质量摩尔质量: 1mol物质的质量，用物质的质量，用M表示，单位表示，单位g/mol，数值上等于，数值上等于物质的相对分子量。物质的相对分子量。310mnM物质的质量物质的量 摩尔质量摩尔体

7、积摩尔体积:1mol气体的体积气体的体积310mVMv33310mgmmolmol kg阿伏伽德罗假说阿伏伽德罗假说 Avogadros hypothesis:相同相同 p 和和 T 下各种气体的摩尔体积下各种气体的摩尔体积Vm相同相同在标准状况下在标准状况下500(1.0132510273.15)pPaTK33022.4141 10mmVmolmpVRTm8 .3 1 4 5 /( )p VR Jm o lKT 常 数m8.3145 /()pVRJ m ol KT 常 数m8 . 3 1 4 5 / ()p VRJ m o lKT 常数四、摩尔气体常数四、摩尔气体常数R摩尔摩尔（通用）（通用

8、）气体常数气体常数J8.3145 mol KR gRg气体常数气体常数 kJ/kg.KgRRM8.3145kJ0.287kg K28.97RRM空气空气例如例如与气体种类无关，与状态无关与气体种类无关，与状态无关与气体种类有关，与状态无关与气体种类有关，与状态无关理想气体状态方程可有以下四种形式理想气体状态方程可有以下四种形式：gmg1 kg 1 mol pvR TpVRTmpVmR TnpVnRT气体气体质量为的气体物质的量为的气体1. , ( )p v VT, 是同一状态下的值。agpK, J/(kg K)J/(mol K)p-T -R -R-，注意：2. 压力：绝对压力压力：绝对压力3.

9、 温度：单位温度：单位 K4.统一单位（最好均用国际单位）统一单位（最好均用国际单位）计算时注意事项实例计算时注意事项实例例例3-1：V=1m3的容器装有的容器装有N2，温度为，温度为20 ，压力表，压力表读数读数1000mmHg，pb=1atm，求，求N2质量。质量。1000 1.0 28168.48.3145 20pVMmkgR T1）2）510001.013 101.0 287601531.58.3145 293.15pVMmkgR T3）51000(1) 1.013 101.0 2876026588.3145 293.15pVMmkgR T4）531000(1) 1.013 101.0

10、 28 107602.6588.3145 293.15pVMmkgR Tm pV = nRT =RTM解：根据题意，钢瓶中氧气使用前后的压力、温度和体积都已解：根据题意，钢瓶中氧气使用前后的压力、温度和体积都已知，故可以运用理想气体状态方程式求得所使用的氧气质量。知，故可以运用理想气体状态方程式求得所使用的氧气质量。 氧气处于初态氧气处于初态1时的状时的状态方程为：态方程为： TRmVpg11故初态故初态1时的氧气质量为：时的氧气质量为： TRVpmg11 例题例题3-2：一钢瓶的容积为一钢瓶的容积为0.03m3，其内装有压力为，其内装有压力为0.7Mpa、温度为温度为20的氧气。现由于使用，

11、压力降至的氧气。现由于使用，压力降至0.28 Mpa，而温度，而温度未变。问钢瓶内的氧气被用去了多少？未变。问钢瓶内的氧气被用去了多少？ 氧气处于终态氧气处于终态2时的时的状态方程为：状态方程为： TRmVpg22故终态故终态2时的氧气质量为：时的氧气质量为： TRVpmg22被用去的氧气质量为：被用去的氧气质量为： 1212126()(0.70.28) 100.030.1656kg8314(20273)32gggpVp Vpp VmmmR TR TR T3-2 理想气体的比热容理想气体的比热容比热容是一个重要参数，计算热力学能比热容是一个重要参数，计算热力学能, 焓焓, 熵都要用到。熵都要用

12、到。一、定义与分类一、定义与分类 J/KddQQCTt热容：热容：工质温度升高工质温度升高1度所吸收的热量，度所吸收的热量， 称为热容，过程量，用称为热容，过程量，用C表示：表示：1、定义、定义 J/(kg K)Ccm比热容：比热容：热容除以质量称为比热容，用热容除以质量称为比热容，用c表示：表示：摩尔热容：摩尔热容：热容除以物质的量称为比热容，用热容除以物质的量称为比热容，用Cm表示：表示：m J/(mol K)CmcCMcnn2、分类、分类（1）根据物量的单位：）根据物量的单位：（2）根据过程的性质）根据过程的性质比定压热容：定压过程中，单位质量工质温度升高比定压热容：定压过程中，单位质量

13、工质温度升高1度，所吸度，所吸 收的热量，收的热量，cp表示。表示。比定容热容：定容过程中，单位质量工质温度升高比定容热容：定容过程中，单位质量工质温度升高1度，所吸度，所吸 收的热量，收的热量，cV表示。表示。Ts(1)(2)1 K比热容是过程量还是状态量比热容是过程量还是状态量?c1c2qcdT用的最多的某些特定过程的比热容用的最多的某些特定过程的比热容比定容热容比定容热容比定压热容比定压热容3.比定容热容比定容热容cv任意可逆过程任意可逆过程qdupdvdhvdpu是状态量，设是状态量，设 ( , )uf T vvT()()uududTdvTvvT()() uuqdTpdvTv定容定容v

14、()uqdTTvvv()()qucdTTqcdT4.比定压热容比定压热容cp任意可逆过程任意可逆过程qdupdvdhvdph是状态量，设是状态量，设 ( , )hf T ppT()()hhdhdTdpTppT()()hhqdTv dpTp定压定压p()hqdTTppp()()qhcdTTdppqcTdVVqcTVuTdddVup vTdddphv pTphTVpcc,仅是状态的函数c是过程量，但是是过程量，但是cV，cp 热力学定热力学定义，适用于一切义，适用于一切气体气体cv物理意义物理意义： v 时时1kg工质温度升高工质温度升高1K，内能的增加量内能的增加量cp物理意义物理意义： p 时

15、时1kg工质温度升高工质温度升高1K，焓的增加量焓的增加量后面计算热力学能、焓和熵要用到后面计算热力学能、焓和熵要用到cV，cp 5. 理想气体的比定容热容和比定压热容理想气体的比定容热容和比定压热容热力学能热力学能内动能内动能内位能内位能 v 理想气体无分子间作用力，理想气体无分子间作用力，热力学热力学能能只决定于只决定于内动能内动能( )uf TT理想气体理想气体u只与只与T有关有关ghupvuR T( )hf T 理想气体理想气体h只与只与T有关有关理想气体：理想气体：理想气体的比热容理想气体的比热容vv()ucTpp()hcT( )uf T( )hf T理想气体热力学能、焓是温度的单值

16、函数理想气体热力学能、焓是温度的单值函数dduT理想理想ddhT理想理想c是过程量是过程量实气实气cV，cp 是状参，是状参，f（T，V）理气理气cV，cp 是状参，是状参，且且f（T）理想气体：理想气体：pv() gdhdud pvccRdTdTdT迈耶公式迈耶公式二、迈耶公式及比热容比二、迈耶公式及比热容比pv,gp mv mccRCCR令令pvcc比热容比比热容比v1gRcp1gRcvducdTpdhcdT讨论：讨论：（11）理想气体）理想气体c cp p, c cV是温度的单值函数，那么是温度的单值函数，那么c cp p-c cV呢？呢？（22） c cp p, c cV哪个容易测准确

17、？哪个容易测准确？（33） c cp pccV。pv,gp mv mccRCCR3、平均比热容的直线关系式、平均比热容的直线关系式1、真实比热容、真实比热容三、三、 理想气体比热容及热量的计算理想气体比热容及热量的计算2、平均比热容表、平均比热容表4、定值比热容、定值比热容 21dddTnTqcTqc TqcT230123c.aaTa Ta T1、真实比热容、真实比热容根据实验结果整理根据实验结果整理 2223012311=(.)TTTTqcdTaaTa Ta TdT( )hf T理想气体理想气体( )uf Tv( )ducf TdTp( )dhcf TdT系数的取值见附表系数的取值见附表4，

18、温度单位，温度单位K。 vpgccR附表附表4摄氏摄氏 qcdt2、平均比热容表、平均比热容表t t2 t1 c21 ttc21 ttqcdt00 ttcdtct附表附表5 221121 ttttcdtctt12221211021000212121 ttttttttqqqctc tcttttttc=f (t) 2121 =()ttcttt1, t2均为均为变量变量, , 制表太繁复制表太繁复附表附表52121210021 ttttctc tcttvpgccR2100,0 0.923 kJ/kgKp Oc2121210021 ttttctc tctt求求O2在在100-500平均定压热容平均定压

19、热容21222500,2,100,10021 0.979 5000.923 1000.993 kJ/kgK500 100ttp Op Op Octctctt附表附表5 摄氏摄氏2500,0 0.979 kJ/kgKp Oc附附:线性插值线性插值211211yyyyxxxx121211yyxxxxyyyyxx21时当2100,0 0.923 kJ/kgKp Oc2200,0 0.935 kJ/kgKp Oc求：求：2150,0 p Oc2150,01501000.9230.9350.9232001000.929 kJ/kgKp Oc因变量：因变量：cp；自变量：自变量：t3、平均比热容的直线关系

20、式、平均比热容的直线关系式附表附表6 21 ttcabt摄氏摄氏, cabt22211121212221211221() ()/ 2()()2ttttttcdtab t dtctttta ttbttbatttt令令b=b/2， t = t1+t2 t t2 t1 c21 ttcc=f (t) 2211dttttqc tct注意注意: : t需用需用t1+t2代入代入附表附表6vpgccR注意注意: : t= =t1+t2分子运动论分子运动论v,m C2mdUiRdT4、定值比热容、定值比热容2miURTp,m()2 C2mmdHd URTiRdTdT运动自由度运动自由度单原子气体单原子气体 i

21、=3双原子气体双原子气体 i=5多原子气体多原子气体 i=6,m,m,m,mJ (mol K )J (mol K )VppVCCCC67.12523RR40.12725RR72921 .2 9RR单原子气体，仅有三个方向的平动，单原子气体，仅有三个方向的平动，i=3双原子气体，不仅有三个方向的平动，还有两个方向的绕动，双原子气体，不仅有三个方向的平动，还有两个方向的绕动，i=5多原子气体，多原子气体，i=6,v,p222V mgp mgCicRMCicRM其中其中:Rg-单位单位kJ/kgK)( )(12,12,TTcqTTcqavppavVv当当温度范围较大温度范围较大时，取时，取比热容的算

22、术平均值比热容的算术平均值附表附表3，注意温度单位：，注意温度单位：K1000,250(1.003 1.142)/2V avc3-3 理想气体热力学能、焓和熵理想气体热力学能、焓和熵理想气体，任何过程理想气体，任何过程理想气体理想气体 ( )uf Tvdduc T1、热力学能、热力学能vducdTvv()ucTpp()hcTvcconst1. 2. cv 为真实比热为真实比热21vTTuc dT 3. cv 为平均比热为平均比热21v21()ttucTT 理想气体 u的计算理想气体，任何过程理想气体，任何过程T1 u1T2 u212vv21()ucTc TT 4. 若取若取0K为零点为零点v0

23、TucTvdducT2、理想气体的焓、理想气体的焓pddhc T理想气体，任何过程理想气体，任何过程理想气体理想气体 ( )hf TpdhcdTpcconst1. phcT 2. cp 为真实比热为真实比热21pTThc dT 3. cp 为平均比热为平均比热21p21()tthcTT 理想气体理想气体 h的计算的计算pddhc T理想气体，任何过程理想气体，任何过程4. 若取若取0oC为零点为零点0tphct附表附表7，8讨论讨论: : dcbTTTabacadVabacadpuuucthhhct 如图所示，如图所示，b、c、d三点在同一条等三点在同一条等温线上。某理想气体，分别经历过程温线

24、上。某理想气体，分别经历过程a-b，a-c，a-d，求三个过程的热力学，求三个过程的热力学能、焓的变化量。能、焓的变化量。对于理想气体一切同温限之间的过程对于理想气体一切同温限之间的过程u及及h相同相同, 且均可用且均可用cVT及及cp T计算。计算。若为实际工质若为实际工质)(acpacabVabTTchTTcu?baababqwu0()abVbauc TTcacatacqwh()acpcahc TT0对于实际气体定容过程对于实际气体定容过程u= c cV T ,定压过程定压过程h= cp T。 另外，另外，u及及h不仅与不仅与T有关有关, 还与过程有关，只有定容和定还与过程有关，只有定容和

25、定压过程才能用上式计算。压过程才能用上式计算。abacadabacaduuuhhh ?熵熵的定义的定义: reqdsT可逆过程可逆过程 RTdsqdupdvdhvdp dupdhvdsdvdpTTTT理想气体理想气体3、 理想气体的熵理想气体的熵pv = RgTgRpTvgRvTppvc dTc dTpvdvdpTTTTgpgvRc dTRc dTdsdvdpTvTp前一项取决于初末状态的温度、后一项取决于前一项取决于初末状态的温度、后一项取决于初末状态的压力，因此熵变只与初末状态有关，初末状态的压力，因此熵变只与初末状态有关，与过程无关，所以熵是状态参数。与过程无关，所以熵是状态参数。pvg

26、gc dTc dTdvdpdsRRTvTppv = RgT vgvvgpvc dTdvdvdpdvdsRccRTvvpvdvdpccvpgpdvvdpR dT仅可逆适用？仅可逆适用？T1 p1 v1 s1T2 p2 v2 s212dvdpdTvpT理想气体，任何过程理想气体，任何过程1、若定比热、若定比热22v112222ppv1111lnlnlnlnlnlnggTvscRTvTpvpcRccTpvp 理想气体理想气体 s的计算的计算vppvggdTdvdTdpdvdpdscRcRccTvTpvp理想气体，任何过程理想气体，任何过程2、真实比热、真实比热222222vppv111111lnln

27、ggvpdTdTdvdpscRcRccTvTpvp 取基准温度取基准温度 T000( )( )TpTdTcf Ts TT212120100000002211ln(ln)lnpgpggppdTdTssscRcRTpTppssRp 若为空气，查若为空气，查 附表附表7得得0( )s T120 某种理想气体作自由膨胀，求：某种理想气体作自由膨胀，求：s12。方法一，取气体为研究对象方法一，取气体为研究对象容器刚性绝热，气体作自由膨胀容器刚性绝热，气体作自由膨胀00WQQUW ( )0U f TU 即即T1=T22212g11dlnVvTscRTv0理想气体理想气体0T解：解：100WQ0QUW U

28、221211dd0qqsssTT V2 = 2V1112gg12lnln20vsRRv221 211dd0qqss sTT 0上述两种结论哪一个对？为什么？上述两种结论哪一个对？为什么？?2121gln2ssssR方法二方法二2 1）dRqsT必须可逆必须可逆2）熵是熵是状态参数状态参数，故用，故用可逆方法可逆方法推出的推出的公式也可用于公式也可用于不可逆过程不可逆过程。3）不可逆绝热过程不可逆绝热过程的熵变大于的熵变大于零零。结论：结论：3理想气体理想气体的热力性质的热力性质小结小结 gpvR TJ8.3145 mol KR gkJ/kg.KgRRMm pVR T一、理想气体状态方程一、理想

29、气体状态方程二、理想气体的比热容二、理想气体的比热容c是过程量是过程量实气实气cV，cp 是状参，是状参，f（T，V）理气理气cV，cp 是状参，是状参，且且f（T）四种形式的比热容计算。四种形式的比热容计算。理想气体理想气体的热力性质的热力性质小结小结pddhcTvppvdTdvdTdpdvdpdscRcRccTvTpvp理想气体，任何过程理想气体，任何过程vdducT三、理想气体热力学能、焓、熵的计算三、理想气体热力学能、焓、熵的计算作业作业 3-10、3-12、3-16、3-19第三章 气体和蒸汽的性质蒸汽部分水蒸气是实际气体的代表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

30、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 3-4 水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图相：相：系统中物理性质和化学组成完全均匀的部分，相与相之间系统中物理性质和化学组成完全均匀的部分，相与相之间有

31、明显的界面。有明显的界面。水和水蒸气组成的系统水和水蒸气组成的系统酒精和水蒸气的蒸汽混合物酒精和水蒸气的蒸汽混合物相变：相变：物质不同相之间的相互转化。物质不同相之间的相互转化。一般物质都有三种相态，即固、液、汽，任意两种相态之间均一般物质都有三种相态，即固、液、汽，任意两种相态之间均可相互转化。可相互转化。固固液液汽汽溶解溶解凝固凝固汽化汽化凝结凝结升华升华凝华凝华一、相及相变一、相及相变两相两相单相单相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热力学面：热力学面：简单可压

32、缩系统，两个独立变量，三个基本状态参简单可压缩系统，两个独立变量，三个基本状态参数间满足，数间满足，F F（p p, , v v, , T T）=0=0。在。在p,v,T三维坐标系中，全部热力三维坐标系中，全部热力学状态构成一个曲面，称为热力学面学状态构成一个曲面，称为热力学面 P228P228饱和线、三相线和临界点饱和线、三相线和临界点pv三个线：二个饱和线、一个三相线三个线：二个饱和线、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T临界点临界点一个点：临界点一个点：临界点水的水的p-T相图相图tptp611.2Pa,273.16KpTpT液液气气固固水水三相点三相点临界点临界点升

33、华线升华线溶解线溶解线汽化线汽化线coc3c22.129MPa647.30K (374.15 C)m0.00326kgpTvp-v-T热力学面在热力学面在p-T坐标面上的投影，称为坐标面上的投影，称为p-T图，也称相图。图，也称相图。相平衡曲线：相平衡曲线：不同相之间的分界线不同相之间的分界线( (三条三条) )。它只是表示饱和压力和饱。它只是表示饱和压力和饱和温度的对应变化关系，在某确定和温度的对应变化关系，在某确定的饱和压力或饱和温度下，两相的的饱和压力或饱和温度下，两相的成分可自由变化，成分可自由变化，故比体积不确定。故比体积不确定。三相点：三相点：三条相平衡曲线的交点，三条相平衡曲线的

34、交点，三相点的状态是物质气、液、固三三相点的状态是物质气、液、固三相共存的状态，它是物质的固有属相共存的状态，它是物质的固有属性。性。注意：对任意物质，三相点的注意：对任意物质，三相点的温度、压力恒定，但温度、压力恒定，但比体积随组分比体积随组分而变化。而变化。纯物质的纯物质的p-T相图相图ppTT液液液液气气气气固固固固凝固时体积膨胀凝固时体积膨胀-水水三相点三相点三相点三相点临界点临界点临界点临界点凝固时体积收缩凝固时体积收缩水的三相点水的三相点(triple pint)：tritri611.6Pa0.01 Cpt?3tri0.00100022m /kgv三相点状态时，三相的成分可以自三相

35、点状态时，三相的成分可以自由变化，所以三相点的比体积不是由变化，所以三相点的比体积不是定值，但各相的比体积是确定值。定值，但各相的比体积是确定值。vl=const;vv=const;vs=const.1. 汽化和液化汽化和液化(vaporization and liquefaction)汽化：汽化：由液态到气态的过程由液态到气态的过程蒸发蒸发：在液体表面进行的汽化过程，任何温度下均可发生。在液体表面进行的汽化过程，任何温度下均可发生。液化液化：由气相到液相的过程由气相到液相的过程沸腾沸腾：在液体内部进行的强烈汽化过程，特定温度下才能在液体内部进行的强烈汽化过程，特定温度下才能 发生。发生。二、

36、汽液相变二、汽液相变2. 饱和状态饱和状态(Saturated state)汽化速率取决于？汽化速率取决于？液化速率取决于？液化速率取决于？当两者速率相等即达到动态平衡，此时当两者速率相等即达到动态平衡，此时宏观参数不变，称为饱和状态。宏观参数不变，称为饱和状态。液体的温度液体的温度蒸汽空间的压力蒸汽空间的压力饱和状态饱和状态：当汽化速度当汽化速度=液化速度时，液化速度时，系统处于系统处于动态平衡动态平衡，宏观上气、液两，宏观上气、液两相保持一定的相对数量。相保持一定的相对数量。饱和状态的温度饱和状态的温度饱和温度饱和温度，ts(Ts)饱和态时汽液的温度。饱和态时汽液的温度。饱和状态的压力饱和

37、状态的压力饱和压力饱和压力，ps饱和态时蒸汽空间的压力饱和态时蒸汽空间的压力。加热，使温度升高如加热，使温度升高如 t，保持定值，保持定值，系统建立新的动态平衡。与之对应，系统建立新的动态平衡。与之对应，ps变成变成ps。sspT 一一对应一一对应，只有一个独立变量，即，只有一个独立变量，即sspft 饱和态时，压力和温度只有一个是独立变量。饱和态时，压力和温度只有一个是独立变量。3. 汽化潜热汽化潜热定义：液体定压汽化过程中吸收的热量。定义：液体定压汽化过程中吸收的热量。克服界面表面液体分子的引力作功（内势能增加）克服界面表面液体分子的引力作功（内势能增加）扩大比体积对外作功（膨胀功）扩大比

38、体积对外作功（膨胀功）水在定压汽化过程中，温度维持不变，因此，根据水在定压汽化过程中，温度维持不变，因此，根据 q=u+ +w，过程中吸收的热量等于膨胀功？过程中吸收的热量等于膨胀功？三、几个常用名词三、几个常用名词饱和液饱和液(saturated liquid)处于饱和状态的液体处于饱和状态的液体： t = ts， p= ps未饱和液未饱和液(unsaturated liquid)处于未饱和状态的液体处于未饱和状态的液体 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 ps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：pt, tpptts不变，保持 pttpp

39、s不变，保持加热或减压均可使未饱和液达到饱和状态。加热或减压均可使未饱和液达到饱和状态。干饱和蒸汽干饱和蒸汽(dry-saturated vapor; dry vapor ) 处于饱和状态的蒸汽处于饱和状态的蒸汽：t = ts过热蒸汽过热蒸汽(superheated vapor) 温度高于饱和温度的蒸汽：温度高于饱和温度的蒸汽：t ts, t ts = d 称过热度称过热度(degree of superheat)。湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽(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：t = ts干度（干度（dryness

40、）液汽汽mmmx（湿度湿度 y =1x）x01饱和液饱和液湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽干饱和蒸汽干饱和蒸汽定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用w 或或 x 表示。表示。一、水定压加热汽化过程一、水定压加热汽化过程t ts过热蒸汽过热蒸汽 3-5 水的汽化过程和临界点水的汽化过程和临界点cpcTABCACB3a3b3d3e3c3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e2c2a2b2d2e1c1a1b1d1e1c1a1b1d1eTsp-v图，图，T-s图上的水蒸气定压加热过程图上的水蒸气定压加热过程pvcp一点，二线，三区，五态一点，二线，三区，五态饱和水线和干饱和蒸

41、汽线的交点饱和水线和干饱和蒸汽线的交点临界点。此时饱和水临界点。此时饱和水与干饱和蒸汽已不再有区别，即，不存在两相区。与干饱和蒸汽已不再有区别，即，不存在两相区。二、水定压加热汽化过程的二、水定压加热汽化过程的p- -v图及图及T- -s图图一点一点临界点临界点crcr3cr22.064MPa373.99 C0.003106m /kgptvo两线两线饱和水线饱和水线干饱和蒸汽线干饱和蒸汽线三区三区过冷水区过冷水区湿蒸汽区湿蒸汽区过热蒸汽区过热蒸汽区五态五态未饱和水态未饱和水态饱和水态饱和水态湿蒸汽态湿蒸汽态饱和蒸汽态饱和蒸汽态过热蒸汽态过热蒸汽态 3-6 水和水蒸气状态参数水和水蒸气状态参数

42、水和水蒸气的状态参数可按水和水蒸气的状态参数可按不同区域，由给出的独立状态不同区域，由给出的独立状态参数通过实际气体状态方程及参数通过实际气体状态方程及其他一般关系式计算。其他一般关系式计算。在工程应用中水蒸气不能利在工程应用中水蒸气不能利用理想气体性质计算用理想气体性质计算 计算过程相当复杂，由专门计算过程相当复杂，由专门的工作人员完成，绘制成图或的工作人员完成，绘制成图或表，例如水和水蒸气的热力性表，例如水和水蒸气的热力性质图表。质图表。学会如何使用这些图表。学会如何使用这些图表。一、零点的规定一、零点的规定对于对于h、s、u等工程上关心的是过程中的变化量，但对于图等工程上关心的是过程中的

43、变化量，但对于图表来说必须给出绝对值，所以必须选定一个基准点。表来说必须给出绝对值，所以必须选定一个基准点。19851985年国际水蒸气会议决定，以处于三相点的液态水作为基年国际水蒸气会议决定，以处于三相点的液态水作为基准点，准点，并规定在该点状态下的液相水的热力学能和熵为零。并规定在该点状态下的液相水的热力学能和熵为零。固固液液汽汽溶解溶解凝固凝固汽化汽化凝结凝结升华升华凝华凝华固、液、汽三相共存的状态点称为固、液、汽三相共存的状态点称为三相点。它是物质固有的属性，不三相点。它是物质固有的属性，不同的物质三相点的参数不同。同的物质三相点的参数不同。三相点的参数是通过实验的方法测得的。三相点的

44、参数是通过实验的方法测得的。273.16273.1600us0611.6 0.001000210.612J 0hupvtritri3273.16611.6Pa0.01 C0.00100021m /kgptv三相点液态水的参数作为三相点液态水的参数作为基准点，得到基准点，得到u 、h 、s的的零点，进行水蒸气热力性零点，进行水蒸气热力性质图表的制作。质图表的制作。二、二、 未饱和水和过热蒸汽状态参数的确未饱和水和过热蒸汽状态参数的确定定 由温度（由温度（t）和压力（）和压力（p），直接从未饱和水和过热蒸汽），直接从未饱和水和过热蒸汽热力性质图表中查得。热力性质图表中查得。三、三、 饱和水和饱和蒸

45、汽状态参数的确定饱和水和饱和蒸汽状态参数的确定 由饱和温度（由饱和温度（ts）或饱和压力（）或饱和压力（ps），直接从饱和水或饱），直接从饱和水或饱和蒸汽热力性质图表中查得。和蒸汽热力性质图表中查得。四、四、 湿饱和蒸汽状态参数的确定湿饱和蒸汽状态参数的确定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汽干饱和蒸汽fmxmmvv干饱和蒸汽质量湿饱和蒸汽质量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 干饱和蒸汽干饱和蒸汽0 x 1在在过冷水和过热蒸汽过冷水和过热蒸汽区域，区域，x无意义无意义四、四、 湿饱和蒸汽状态参数的确定湿饱和蒸汽状态参数的确定1、由

46、饱和温度（、由饱和温度（ts）或饱和压力（）或饱和压力（ps），直接从饱和水或饱和蒸），直接从饱和水或饱和蒸汽热力性质图表中，查得对应的饱和水和饱和蒸汽的状态参数。汽热力性质图表中，查得对应的饱和水和饱和蒸汽的状态参数。由由ts（或（或ps）与干度）与干度x共同确定共同确定：饱和液体的参数用饱和液体的参数用 表示；饱和气体的参数用表示；饱和气体的参数用 表示。表示。1xvxvx vvx vv 1xhxhx hhx hhxsxxvphu1xsxsx ssx ss 2、根据干度、根据干度x计算出对应的湿饱和状态参数计算出对应的湿饱和状态参数vvvvvvv未饱和水未饱和水过热蒸汽过热蒸汽湿蒸汽湿蒸汽

47、相同压力或温度下，未饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽相同压力或温度下，未饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽过热蒸汽的过热蒸汽的v、h、s之间的关系。之间的关系。未饱和水未饱和水饱和水饱和水湿蒸汽湿蒸汽干饱和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽过热蒸汽饱和水和饱和蒸汽表饱和水和饱和蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表表表C C按温度排列按温度排列表表A A按压力排列按压力排列表表B B表表A A变量是温度；变量是温度；表表B B变量是压力；变量是压力；表表C C变量是温度和压力。变量是温度和压力。单相区，需要两个独立单相区，需要两个独立状态参数才能确定状态状态参数才能确定状态 3-7 水蒸气表和图

48、水蒸气表和图一、水和水蒸气的热力性质表一、水和水蒸气的热力性质表（一）热力性质表的分类（一）热力性质表的分类饱和液体的参数用饱和液体的参数用 表示；饱和气体的参数用表示；饱和气体的参数用 表示。表示。饱和状态压力和温度只有一个是独立的，只饱和状态压力和温度只有一个是独立的，只需要需要1 1个参数即可确定状态（个参数即可确定状态（x=0=0或或1 1）（二）、热力性质表的用途（二）、热力性质表的用途1.1.饱和水和饱和蒸汽表饱和水和饱和蒸汽表查饱和状态参数，饱和水查饱和状态参数，饱和水()()，饱和蒸汽，饱和蒸汽()()，需要压力或温度一个变量。，需要压力或温度一个变量。计算湿蒸汽的参数，需要压

49、力和干度两个变量。计算湿蒸汽的参数，需要压力和干度两个变量。x=m/（m+m）干度：干度：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量百分比。湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量百分比。湿蒸汽的性质参数由压力和干度共同决定，湿蒸汽的性质参数由压力和干度共同决定，其参数在饱和水其参数在饱和水( () )，饱和蒸汽，饱和蒸汽()()之间。之间。 1xvxvx vv x vvxv 1 hxxhhx1 sxxssx ssxsxsxxvphu( )( )( )vvxvvhhxhhssxss比比 体体 积积表表A 饱和水和饱和水蒸气热力性质表（按温度排列）饱和水和饱和水蒸气热力性质表（按温度排列）比比 体体 积积表表B 饱和水和饱和水蒸

50、气热力性质表（按压力排列）饱和水和饱和水蒸气热力性质表（按压力排列）1、温度为、温度为10的饱和水及饱和蒸汽的状态参数；的饱和水及饱和蒸汽的状态参数；2、压力为、压力为0.01MPa的饱和水及饱和蒸汽的状态参数；的饱和水及饱和蒸汽的状态参数；3、温度为、温度为9的饱和水及饱和蒸汽的状态参数；的饱和水及饱和蒸汽的状态参数；4、压力为、压力为0.012MPa的饱和水及饱和蒸汽的状态参数；的饱和水及饱和蒸汽的状态参数；211121()yyyyxxxx1 sxxssx5、压力为、压力为0.01MPa，干度，干度x=0.5的湿蒸汽的状态参数；的湿蒸汽的状态参数； 1xvxvx vv x vvxv 1 h

51、xxhhx练习题：练习题：xsxxvphu2.2.未饱和水和过热蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表查未饱和水及过热蒸汽参数，需要压力和温度两个独立变量。查未饱和水及过热蒸汽参数，需要压力和温度两个独立变量。饱和水和饱和蒸汽表，解决了两线（饱和水线和饱和蒸汽饱和水和饱和蒸汽表，解决了两线（饱和水线和饱和蒸汽线），一区（湿蒸汽区）的三种热力状态（饱和液、饱和线），一区（湿蒸汽区）的三种热力状态（饱和液、饱和蒸汽、湿蒸汽）；蒸汽、湿蒸汽）；未饱和水和过热蒸汽表，解决了两区（未饱和水区，过热未饱和水和过热蒸汽表，解决了两区（未饱和水区，过热蒸汽区）的两种状态（未饱和态和过热态）。蒸汽区）的两种状态（未饱和态和

52、过热态）。水状态参数图上的一点、两线、三区、五态已经全部可以确定。水状态参数图上的一点、两线、三区、五态已经全部可以确定。表表C 未饱和水和过热蒸汽热力性质表未饱和水和过热蒸汽热力性质表1、温度为、温度为100，压力为，压力为0.001MPa过热蒸汽的状态参数；过热蒸汽的状态参数；2、温度为、温度为20，压力为，压力为0.01MPa的未饱和水的状态参数；的未饱和水的状态参数；3、温度为、温度为90，压力为，压力为0.001MPa的过热蒸汽的状态参数；的过热蒸汽的状态参数；练习题：练习题：211121()yyyyxxxx 已知：已知：t= 100 ；解：解：查饱和水及饱和蒸汽表，得查饱和水及饱和蒸汽表，得v= 0.00104344m3/kg ，v= 1.6736m3/kg 。所以所以：（1） vx= 0.0005m3/kg v（2） vx= 0.00104344m3/kg = v（3） v vx= 1.0m3/kg v未饱和水未饱和水饱和水饱和水湿蒸汽湿蒸汽饱和蒸汽饱和蒸汽过热蒸汽过热蒸汽4、试