水和水蒸气的性质

关于水和水蒸气的性质水和水蒸气是实际气体的代表水蒸气在空气中含量极小，当作理想气体一般情况下，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，传热性能好是其它实际气体的代表第2页,共59页，2024年2月25日，星期天§6-1纯物质的热力学面及相图物质三种聚集状态：固态、液态、

气态水的三态：冰、

水、

蒸汽Puresubstance

Solid

Liquid

Gas

Ice

Water

Steam

第3页,共59页，2024年2月25日，星期天

任何一种物质都可以经历下列所述的相变.Anykindofsubstancemayundergovarioustypesofphasechangesasfollowing:

溶解(Fusion/melting)=solidtoliquid凝固(Freezing)=liquidtosolid气化(Vaporization)=liquidtogas凝结(Condensation)=gastoliquid升华(Sublimation)=solidtogasPhasechanges(相变):第4页,共59页，2024年2月25日，星期天纯物质的p-T相图ppTT液液气气固固水一般物质三相点三相点临界点临界点流体流体升华线升华线融解线融解线汽化线汽化线第5页,共59页，2024年2月25日，星期天p-Tdiagram

ofpuresubstancespTLiquidVaporSolidTriplepointCriticalpointFluidSublimationMeltingVaporization第6页,共59页，2024年2月25日，星期天Thesublimationline

separatesthesolidandvaporregions;Thevaporizationlineseparatestheliquidandvaporregions;itendsatthecriticalpoint.Themeltinglineseparatesthesolidandliquidregions;Thethreelinesmeetatthetriplepoint.Triplepoint(三相点）：allthreephasescoexistinequilibrium.(三种相态以平衡共存)Criticalpoint(临界点):

Thepointatwhichthesaturatedliquidandsaturatedvaporstatesareidentical.

Nodistinctioncanbemadebetweenliquidandvaporphasesabovethecriticalpoint.(临界点就是气相与液相一致的状态点,温度高于临界点之上,气相与液相没有明显的区别)

第7页,共59页，2024年2月25日，星期天临界点Criticalpoint水的临界点状态饱和液线与饱和气线的交点气液两相共存的pmax,Tmax等温线是鞍点临界点第8页,共59页，2024年2月25日，星期天

思考题3.有没有500ºC的水？1.溜冰冰刀2.北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相4.有没有-3℃

的蒸汽？5.一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？第9页,共59页，2024年2月25日，星期天复习：纯物质的p-T相图ppTT液液气气固固水一般物质三相点三相点临界点临界点流体流体SubstancesthatexpandandcontractonfreezingdifferonlyinthemeltinglineontheP-Tdiagram.第10页,共59页，2024年2月25日，星期天饱和线、三相线和临界点pv饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临界点第11页,共59页，2024年2月25日，星期天VaporandLiquid(汽相和液相)锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器因固相不流动，更关心汽液两相冰蓄冷第12页,共59页，2024年2月25日，星期天§6-2汽化与饱和气化(Vaporization):

由液态变成气态的物理过程

(不涉及化学变化)TheProcessof

Changingfromliquidintogas/vaporiscalled

vaporization.

凝结(Condensation)：

由气态变成液态的物理过程

Theprocessofchangingfromgas/vaporintoliquidiscalled

Condensation6.2.1汽化与凝结

第13页,共59页，2024年2月25日，星期天Therateofcondensationdependsuponthedensityofvaporinthespaceabovetheliquid.(凝结的速率取决于液面上方气相空间气体分子的密度,即蒸气压力)Liquidmoleculehastoovercomethesurfacetensiontobecomevapor,thereforevaporizationconsumesenergy.(液相分子必须克服表面张力才能进入气相空间而气化,因此气化是要耗能的)TherateofVaporizationdependsontheliquidtemperature.(气化的速率取决于液相的温度)第14页,共59页，2024年2月25日，星期天TheequilibriumiscalledSaturationState.(饱和状态）

Thepropertiesatthisstateiscalled

SaturationProperties.(饱和参数）第15页,共59页，2024年2月25日，星期天6.2.2饱和状态Saturationstate饱和状态：汽化与凝结的动态平衡Attheequilibriumstate,thepressurecorrespondingtoonlyonetemperature.Thatis,.饱和温度Ts饱和压力ps一一对应放掉一些水，Ts不变，ps？TspsSaturationtemperatureSaturationpressure第16页,共59页，2024年2月25日，星期天ps=1.01325barTs=100

℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高压锅ps=1.6barTs=113.32℃Thereisadefiniterelationbetween.第17页,共59页，2024年2月25日，星期天6.2.3汽化Vaporization沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化

Itisanintensivevaporizationphenomenonoccursintheliquid.(气体和液体均处在饱和状态下)汽化:

由液态变成气态的物理过程

(不涉及化学变化)

蒸发：汽液表面上的汽化

Itoccursabovethefreesurfaceofliquid

BoilEvaporation第18页,共59页，2024年2月25日，星期天Evaporation

occursatanytemperatureandpressure.（蒸发可在任何温度和压力下发生．）

Evaporationratedependsonthefreesurfacearea,thetemperature,theflowrateabove,

etc.（蒸发的速度与自由液面表面积，液体温度，液面风速等有关．Boiling

canonlyoccurastemperaturereachesthesaturationtemperaturecorrespondingtothespecifiedpressureorthepressuredropsbelowthesaturationpressurecorrespondingtothespecifiedtemperature.

（沸腾只能当温度达到给定压力所对应的饱和温度或压力降到给定温度所对应的饱和压力时,才能发生)第19页,共59页，2024年2月25日，星期天§6-3水蒸气的定压发生过程t<tst=tst=tst=tst>tsv<v’v=v’v=v’’v’<v<v’’v>v’’未饱和水饱和水饱和湿蒸汽饱和干蒸汽过热蒸汽h<h’h=h’h=h’’h’<h<h’’h>h’’s<s’s=s’s=s’’s’<s<s’’s>s’’水预热汽化过热6.3.1P=constant(压力p是定值)第20页,共59页，2024年2月25日，星期天PreheatStage(预热阶段)CompressedliquidtoSaturatedliquid.(未饱和液体饱和液体)Compressedliquid/subcooledliquidisnotabouttovaporization.Asheatadded,tslightly.WhenItbecomesSaturatedliquid.

Theliquidisabouttovaporize.Itisthestateatwhichitisstillaliquid,butanyheatadditionwillcausesomeoftheliquidtovaporize.第21页,共59页，2024年2月25日，星期天VaporizationStage(气化阶段)SaturatedliquidtoSaturatedvapor(饱和液体饱和蒸气)Saturatedvapor

isavaporabouttocondense.AsubstanceatstatebetweenSaturatedliquidandSaturatedVaporiscalledSaturatedliquid-vapormixture/wetvapor.

LatentheatofVaporization(气化潜热):Theamountofenergyabsorbedduringvaporization第22页,共59页，2024年2月25日，星期天SuperheatStage(过热阶段)Superheatedvapor

isthevaporthatisnotabouttocondense.

t第23页,共59页，2024年2月25日，星期天注意：水蒸气定压发生过程说明(1)(2)(3)理想气体实际气体汽化时，T＝Ts不变，但h增加汽化潜热(4)未饱和水过冷度过冷水过热蒸汽过热度只有熵加热时永远增加第24页,共59页，2024年2月25日，星期天StateofLiquidandvapor未饱和液，过冷液饱和液饱和湿蒸气饱和蒸气过热蒸气SaturatedliquidSaturatedvaporSaturatedliquid-vapormixtureSuperheatedvaporCompressed

liquidSubcooledliquid汽化潜热LatentheatofVaporization压缩液6.3.2

定压气化过程的P-v图和T-s图

P-vandT-sdiagrams第25页,共59页，2024年2月25日，星期天sp-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程一点，二线，三区，五态第26页,共59页，2024年2月25日，星期天Saturatedliquidline,SLL

isformedbyconnectingaseriesofboilingpoints.

saturatedvaporline,SVL：Connectingaseriesofpointsatdrysaturatedvaporbuildsaline,knownassaturatedvaporline,SVL.Vaporizationcontinuesbyfurtherheatsupplytothesystemuntilnoliquidisleft.Thisstateisknownasdrysaturatedvapor,e.g.pointd.Ifthesystemisslightlycooledatthisstate,thendropletsofliquidwillbegintoform.

Thestateofsubstancebetweensaturatedliquidanddryvaporiscalledwetvapor.

Furtherheatingofadrysaturatedvaporatconstantpressurecausesariseofvaportemperatureanditbecomessuperheatedvapor.Thestateofsubstanceiscompletelydefinedbyitspressureandtemperatureifitisinliquidorsuperheatedvaporphase.第27页,共59页，2024年2月25日，星期天v第28页,共59页，2024年2月25日，星期天Onepoint(一点):criticalpoint(临界点)Twolines(两线):SLLandSVL(饱和液体线和饱和蒸气线)Threeregions(三区):Subcooledliquidregion(未饱和液体区)Saturatedliquid-vapormixture region(湿蒸气区)Superheatedvaporregion(过热蒸气区)Fivestates(五态):Subcooledliquid(未饱和液体)Saturatedliquid(饱和液体)Saturatedliquid-vapormixture(湿蒸气)Saturatedvapor(干饱和蒸气)Superheatedvapor(过热蒸气)第29页,共59页，2024年2月25日，星期天

6.4.1

TypesofPropertyTables(水蒸汽表的分类)

1.SaturatedwaterTables(饱和水和饱和蒸汽表)Saturatedwater---TTables(以温度t为独立变量排列)Saturatedwater---pTables(以压力p为独立变量排列)2.SubcooledwaterandSuperheatedvaporTable(未饱和水和过热水蒸汽表)Pandtaredependentvariables(以p和t为自变量)§6.4水蒸气性质表PropertyTablesofWaterVapor第30页,共59页，2024年2月25日，星期天

2、ReferenceStateandReferenceValues(基准点的规定)Forwater,thesaturatedliquidat0.01℃istakenasreferencestate.(取水的三相点，即0.01oC为基准点，规定在此温度下液态水的热力学能和熵为零。)

Theinternalenergyandentropyareassignedzero

atthisstate.第31页,共59页，2024年2月25日，星期天3.PropertiesofSaturatedliquid-vapormixtureatPressurep(压力为p的湿饱和蒸汽)

Thestateofwetvaporcannotbedefinedbyjustpressureandtemperatureuntiloneotherpropertyisgiven.Theconditionorqualityofwetvaporisoftendefinedbyitsdrynessorwetnessfraction.

定义干度x才可以确定湿蒸汽的状态。

Wedefinedrynessas

drynessfraction,x=themassofdryvaporin1kgofthemixture,

wetnessfraction,1-x=themassofliquidin1kgofthemixture.第32页,共59页，2024年2月25日，星期天

第33页,共59页，2024年2月25日，星期天第34页,共59页，2024年2月25日，星期天注意:饱和表的起始点ptsv’(m3/kg)v’’s’s’’kJ/(kg.K)0.0061120.010.00100022206.1750.09.15621.099.630.00104341.69461.30277.36085.0151.850.00109280.374811.86046.821550.0263.920.00128580.039412.92095.9712221.29374.150.003260.003264.4294.429(bar)(℃)bdbd第35页,共59页，2024年2月25日，星期天第36页,共59页，2024年2月25日，星期天4.Exercise.Consultingpropertytablesofwatervaportodeterminethestateofeachpointandtheirh，s，x.(利用水蒸气表判断下列各点的状态，并确定其h，s，x的值。)

第37页,共59页，2024年2月25日，星期天（1）由饱和水和饱和蒸汽表查得

p=2MPa时，显然，可知该状态为过热蒸汽。查未饱和水过热蒸汽表，得p=2MPa，t=300℃时对于过热蒸汽，干度x无意义。第38页,共59页，2024年2月25日，星期天（2）查饱和表得p=9MPa时可见，

该状态为湿蒸汽，其干度为

又查饱和表得第39页,共59页，2024年2月25日，星期天=2489.0kJ/kg

按湿蒸汽的参数计算式得第40页,共59页，2024年2月25日，星期天

(3)显然，该状态为湿蒸汽状态。由已知参数查饱和水和饱和蒸汽表得

按湿蒸汽的参数计算公式得

第41页,共59页，2024年2月25日，星期天（4）由饱和水和饱和蒸汽表查得:当p=1.0MPa时，ts=179.9℃，显然t<ts，所以该状态为未饱和水。通常t=175℃的状态参数可利用t=170℃与t=180℃的对应状态参数内插得到，但此处t=170℃与t=180℃跨越了未饱和表中的黑粗线，说明它们分别处于不同相区。应使内插在未饱和水区内进行，选取离最接近的t=170℃与ts=179.9℃的未饱和水参数内插。

查未饱和水和过热蒸汽表得

p=1.0MPa，t=170℃时

p=1.0MPa，t=179.9℃时

第42页,共59页，2024年2月25日，星期天于是t=175℃时

对于未饱和水干度x无意义。

第43页,共59页，2024年2月25日，星期天（5）

时，饱和蒸汽比体积

，该状态为过热蒸汽。查过热蒸汽表得

t=260℃时，

,t=270℃时，

该状态的温度可由比体积值求得

第44页,共59页，2024年2月25日，星期天讨论

应该注意，在利用未饱和水与过热蒸汽作内插时，不允许跨越表中的粗折线，如遇这种情况，应选用更详细的表，或使内插计算在未饱和水（或过热蒸汽）区内进行。

第45页,共59页，2024年2月25日，星期天 §6.5h-sdiagramofwatervapor

(水蒸汽的h-s图)SLLandSVL(界限曲线，x=0、x=1两条曲线)2.ConstantPressureLineandConstantTemperatureLine(定压线和定温线)InSaturatedliquid-vaporregion,constantpressurelineandconstanttemperaturelineareidentical.(在湿蒸汽区定压线与定温线重合。)3.ConstantVolumeLine（定容线。)4.ConstantDrynessLine(定干度线。)GivenTwoProperties,alltheotherstatepropertiescanbedeterminedfromtheDiagram.(给定两个参数，即可查出其余全部参数)。

第46页,共59页，2024年2月25日，星期天Priorities(优点)：Fastandconvenient.方便、快速。Drawbacks(缺点)：NotsoaccurateasPropertytables

精确性稍差。

第47页,共59页，2024年2月25日，星期天第48页,共59页，2024年2月25日，星期天s(kJ/kg*K)h(kJ/kg)第49页,共59页，2024年2月25日，星期天6.6.1Characteristicsofwatervapor(水蒸汽的特点)1.Watervaporcannotbetreatedasidealgas(水蒸汽不是理想气体)pv=RTisnotsuitable.（理想气体状态方程不适用。）2.AnalysisandCalculationonWatervaporcanbesolvedbyusingTablesandDiagrams(水蒸汽的分析和计算采用水蒸汽图和表。)3.TheFirstandtheSecondLawsmustbeobeyedduringprocessesofwatervapor(热力学第一定律和第二定律成立)§6.6ThermodynamicProcessesofWaterVapor(水蒸气的热力过程)第50页,共59页，2024年2月25日，星期天

Forreversibleprocesses,(对于可逆过程：)第51页,共59页，2024年2月25日，星期天6.6.2Procedures(步骤)(1)Basedonthegivenconditions,determinetheinitialstateanditsproperties.(根据已知条件，确定初始状态，查出其余参数。)(2