第7章水和水蒸气性质

1、 水蒸气水蒸气 在空气中含量极小，当作理想气体在空气中含量极小，当作理想气体 一般情况下，为实际气体，使用图表一般情况下，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 物质有三种聚集状态：固态、液态、气态物质有三种聚集状态：固态、液态、气态 热力学面：以热力学面：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

2、曲面 水的三态：水的三态：冰、水、蒸汽冰、水、蒸汽 两相区两相区 单相区单相区 气 液 固 p v T 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-气 固-气 固-液 p v T p v 四个线：三个饱和线、一个四个线：三个饱和线、一个三相线三相线 饱和气线 三相线 饱和液线 饱和固线 T 临界点 一个点：一个点：临界点临界点 c o c 3 c 22.129MPa 647.30K (374.15 C) m 0.00326 kg p T v 水的临水的临 界点状界点状 态态 饱和液线与饱和气线的交点饱和液线与饱和气线的交点 气液两相共存的气液两相共存的pmax,Tmax

3、等温线是鞍点等温线是鞍点 c c 2 2 T T 0,0 pp vv 临临 界界 点点 水的三相线水的三相线 tptp 611.2Pa,273.16KpT p p TT 液液 液液 气气 气气 固固 固固 水水一般物质一般物质 三相点三相点 三相点三相点 临界点临界点 临界点临界点 流体流体流体流体 升华线升华线升华线升华线 凝固线凝固线 凝固线凝固线 汽化线汽化线汽化线汽化线 没有。没有。t374.16 有有 3. 有没有有没有500C的水的水？ 1. 溜冰冰刀溜冰冰刀 2. 北方冬天晾在外边的衣服，北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相是否经过液相 4. 有没有有没有-3 的蒸汽的蒸汽？ 5

4、. 一密闭容器内有水的汽液混合物，对其一密闭容器内有水的汽液混合物，对其 加热，是否一定能变成蒸汽？加热，是否一定能变成蒸汽？ p p TT 液液 液液 气气 气气 固固 固固 水水一般物质一般物质 三相点三相点 三相点三相点 临界点临界点 临界点临界点 流体流体流体流体 p v 饱和气线 三相线 饱和液线 饱和固线 T 临界点 锅锅 炉炉 汽轮机汽轮机 发电机发电机 给水泵给水泵 凝凝 汽汽 器器 过热器过热器 因固相不流动，因固相不流动， 更关心汽液两相更关心汽液两相 冰蓄冷冰蓄冷 ( (气体和液体均处在饱和状态下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：汽

5、化与凝结的动态平衡 汽化汽化: 由液态变成气态的物理过程由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化不涉及化学变化) 蒸发：汽液表面上的汽化蒸发：汽液表面上的汽化 饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和状态：汽化与凝结的动态平衡 饱和温度饱和温度Ts 饱和压力饱和压力ps 一一对应一一对应 放掉一些水，放掉一些水，Ts不变，不变， ps？ Ts ps ps=1.01325bar Ts=100 青藏青藏ps=0.6bar Ts=85.95 高压锅高压锅ps=1.6barTs=113.32 p p TT 液液 液液 气气 气气 固固 固固 水水一般物质一般物质 三相点三相点 三相点三相点 临界点临界点

6、临界点临界点 流体流体流体流体 汽化线汽化线汽化线汽化线 t ts v vv = vv = vv v v 未饱和水未饱和水 饱和水饱和水 饱和湿蒸汽饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽饱和干蒸汽 过热蒸汽过热蒸汽 h hh = hh = hh h h s ss = ss = ss s s 水预热水预热汽化汽化过热过热 (1) () QUWUpdV Up VUpVH (2) fg 0SSS 只有熵加热时永远增加只有熵加热时永远增加 (3) 理想气体理想气体( )hf T 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 hh 汽化潜热汽化潜热 (4) 未饱和水未饱和水 过冷度过冷度 s ttt

7、 过冷 过冷水过冷水 过热蒸汽过热蒸汽 过热度过热度 s ttt 过热 c p c T c T A B C A C B c TT c TT c pp c pp 3 a 3 b 3 d 3 e 3 c 3 a 3 b 3 d 3 e 3 c 2 c 2 a 2 b 2 d 2 e 2 c 2 a 2 b 2 d 2 e 1 c 1 a 1 b 1 d 1 e1 c 1 a 1 b 1 d 1 e T s p-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 p v c p 一点，二线，三区，五态一点，二线，三区，五态 pts v (bar) vss kJ/(kg.K) 0.006

8、1120.01 0.00100022 206.175 0.09.1562 1.099.63 0.00104341.6946 1.3027 7.3608 5.0151.85 0.00109280.374811.8604 6.8215 50.0263.92 0.00128580.03941 2.9209 5.9712 221.29374.15 0.003260.00326 4.4294.429 (bar)() bdb d 当忽略液体当忽略液体cp变化，变化， 2 1 ln0 qT sc TT ( , )uf T v 0qdupdv 不同的不同的p，液体近似不可压，液体近似不可压，v不变不变 对每个

9、对每个不变的不变的T 状态公理：状态公理：简单可压缩系统，两个独立变量简单可压缩系统，两个独立变量 未饱和水及过热蒸汽，一般已知未饱和水及过热蒸汽，一般已知p、T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p或或T 湿饱和蒸汽，湿饱和蒸汽， p和和T不独立，汽液两相不独立，汽液两相 1875年，吉布斯提出了吉布斯相律年，吉布斯提出了吉布斯相律 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、T 2、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T 3、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

10、外，其它参数与两相比例有关 定义定义 干饱和蒸汽干饱和蒸汽 f m x mm v v 干饱和蒸汽质量 湿饱和蒸汽质量 饱和水饱和水 对干度对干度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 在过冷水和过热蒸汽区域，在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义无意义 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 饱和蒸汽，饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。饱和水。 )1 (yxxyy )1 ( )1 ( )1 ( sxxss vxxvv hxxhh yy x yy 已知已知p或或T(h,v,s,h,v,s)+干度干度x h ,v ,s 两类两类

11、 2、未饱和水和过热蒸汽表、未饱和水和过热蒸汽表 1、饱和水和干饱和蒸汽表、饱和水和干饱和蒸汽表 o / Ct KT / a MPp/kgmv/ 3 kgm v / 3 kgkJ h / kgkJ h / )( / Kkg kJs )( / Kkg kJs 01. 0 100 200 300 16.273000611. 0 00100022. 0 175.2060 .2501 000614. 0 0000. 01562. 9 15.373101325. 00010437. 06738. 13 .267606.4193069. 13564. 7 15.4735551. 10011565. 04

12、.82512714. 04 .27913307. 24289. 6 15.5735917. 80014041. 002162. 04 .13454 .27482559. 37038. 5 kgmv/ 3 kgm v / 3 kgkJ h / kgkJ h / )( / Kkg kJs )( / Kkg kJs o / Ct 982. 6 63.99 88.179 96.310 5 .24840010001. 0208.1298 .251333.291060. 0 2 .22580010434. 06946. 17 .267551.4173027. 1 4 .20140011274. 06 .7

13、6219430. 00 .2777 8 .1315 a MPp/ 001. 0 1 . 0 0 . 1 100014526. 001800. 06 .14084 .2724 9756. 8 3608. 7 1382. 25847. 6 3616. 36143. 5 kgkJ r / 饱 和 参 数 p a MP01. 0 a MP02. 0 83.45 s t 1505. 86493. 0 4 .258484.191 676.140010102. 0 s s h h v v 09.60 s t 9092. 78321. 0 6 .260946.251 6515. 70010172. 0 s s

14、 h h v v tvhsvhs 0 40 80 60 0010002. 00.00001. 00010002. 00 . 00001. 0 5 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 0 8310. 01 .2510010171. 01752. 83 .261134.15 27.163 .26493437. 8119. 88 .26470205. 8 4 .2724052. 95479. 84 .272512.182261. 8120 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

15、： pvuh 3 m 611.2 0.00100022 a pPv kg 00006. 06 . 0 kg kJ kg J pvuh 表依据表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表年第六届国际水和水蒸气会议发表 的国际骨架表编制，尽管的国际骨架表编制，尽管IFC（国际公式化委员会）（国际公式化委员会） 1967和和1997年先后发表了分段拟合的水和水蒸气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。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：焓、内能、熵零点的规定： 0 s0u T16.273水的三相点水的三相点 饱 和 参 数 p a MP0

16、1. 0 a MP02. 0 83.45 s t 1505. 86493. 0 4 .258484.191 676.140010102. 0 s s h h v v 09.60 s t 9092. 78321. 0 6 .260946.251 6515. 70010172. 0 s s h h v v tvhsvhs 0 40 80 60 0010002. 00.00001. 00010002. 00 . 00001. 0 5 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 0 8310. 01 .2510010171. 01752. 83 .261134

17、.15 27.163 .26493437. 8119. 88 .26470205. 8 4 .2724052. 95479. 84 .272512.182261. 8120 p-v图（示功图）：面积代表功图（示功图）：面积代表功 能否用线段表示热和功能否用线段表示热和功 T-s图（示热图）：面积代表热图（示热图）：面积代表热 （上界线）、饱和液线（下（上界线）、饱和液线（下 qTdsdhvdp p 0 h T s C C p 0 h T s C点为分界点，不在极值点上点为分界点，不在极值点上 气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体 两相区：两相区：T、p一

18、一对应，一一对应，T 线即线即 p 线线 在在x=0, x=1之间，从之间，从C点出发的等分线点出发的等分线 同理想气体一样，同理想气体一样， v 线比线比 p 线陡线陡 4、定温线、定温线 T 5、等容线、等容线 v 6、等干度线、等干度线x 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 第一定律与第二定律表达式均成立第一定律与第二定律表达式均成立 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 t qdhw qduwwpdv t wvdp qTds iso 0ds pvRT ( )uf T ( )hf T 22 p 11 lnln Tp scR Tp pv ccR p 1 k cR k v 1