第七章 水蒸气
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第七章 水蒸气. 基本要求. 掌握蒸气的各种术语及其含义:汽化、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。 了解蒸气定压发生过程及其在 p-v 图和 T-s 图上的一点、二线、三区和五态。 了解水蒸气图表的结构,并掌握其应用。 掌握水蒸气热力过程的热量及功量的计算。. 7 - 1  饱和温度和饱和压力. 一、汽化与凝结 汽化   物质由 液态转变为气态 的过程. 汽化方式   蒸发:汽化过程在 液体表面 发生   沸腾:汽化过程在 液体表面及内部 同时发生 凝结   物质由气态转变为液态的过程。凝结的速度取决于空间蒸气的压力。.

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基本要求

  • 掌握蒸气的各种术语及其含义:汽化、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。

  • 了解蒸气定压发生过程及其在p-v图和T-s图上的一点、二线、三区和五态。

  • 了解水蒸气图表的结构,并掌握其应用。

  • 掌握水蒸气热力过程的热量及功量的计算。


7-1 饱和温度和饱和压力

一、汽化与凝结

  • 汽化

      物质由液态转变为气态的过程


  • 汽化方式

      蒸发:汽化过程在液体表面发生

      沸腾:汽化过程在液体表面及内部同时发生

  • 凝结

      物质由气态转变为液态的过程。凝结的速度取决于空间蒸气的压力。


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态平衡状态,称为饱和状态

饱和液体

饱和蒸气

二、饱和状态

  • 饱和状态


  • 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

  • ts上升, ps上升;

    ps上升, ts上升。

  • 结论:

       一定的饱和温度对应于一定的饱和压力,反之也成立,即两者间存在单值关系。


  • 三相点

       定义:固、液、气三相共存的状态

    分析:1) 当压力低于ptp时,液相不可能存在,而只

    可能是气相或固相。 ptp称为三相点压力,

    对应的饱和温度ttp称为三相点温度。

    2) 三相点温度和压力是最低的饱和温度和饱

    和压力。

    3) 各种物质在三相点的温度与压力分别为定值,

    但比体积则随固、液、气

    三相的混合比例不同而异。

    水的三相点温度和压力值:


7-2 水的定压加热汽化过程

  工业上所用的水蒸气都是在定压加热设备中产生的。一般经过三个阶段:

  • 预热阶段

  • 汽化阶段

  • 过热阶段



  • 预热阶段

未饱和水(过冷水)

饱和水

  • 这个阶段所需的热量称为液体热 ql


饱和水

湿(饱和)蒸气

干饱和蒸气

  • 汽化阶段

  • 这个阶段所需的热量称为汽化潜热 g


  • 干度x:

     湿蒸气中饱和蒸气所占的质量百分比。


干饱和蒸气

过热蒸气

  • 过热阶段

  • 这个阶段所需的热量称为过热热 qsup。

  • t-ts称为过热度



分析:(p-v图)影响v的主要是P和T:1) 对液态而言,T对v的影响比P的影响大,因而当P增加时,对应的饱和温度增加,则饱和液体的比体积增大;2) 对汽态而言,正好相反,因而,随着P的增加,饱和蒸汽的比体积减小;3) 饱和液体线与饱和蒸汽线必相交于一点C(临界点)

一点:临界点 二线:上界线和下界线

三区:液态区、湿蒸气区及过热区

五态:未饱和水、饱和水、湿蒸气、干饱和蒸气及过热蒸气


临界点:当t>tcr时,无论压力如何增加都不可能液化。水的临界参数:


7-3 水和水蒸汽的状态参数

一、零点规定

  水及水蒸气的参数计算中不必求其绝对值,仅求其增量或减少量,故可规定一任意起点。国际水蒸气会议规定,水的三相点即273.16K的液相水作为基准点,规定其热力学能及熵为0,即对于t0=ttp=0.01°C、p0=ptp=611.659 Pa的饱和水有:


二、温度为0.01oC、压力为P的过冷水

忽略水的压缩性,即比体积v不变,又温度不变,则:

uo=u0’=0, w=0 q=0

so=so’=0, h0= uo+p0 v0=0


三、温度为t、压力为P的未饱和水

饱和水状态:


四、压力为P的干饱和蒸汽

五、压力为p的湿饱和蒸汽


六、压力为P的过热蒸汽

过热度:t – ts


7-4 水蒸气表和图

  • 水与水蒸气的状态参数p、v、t、h、s均可从水蒸气图表中查到,图表中没有的参数,可根据参数间的一般关系计算得到,如u按u=h-pv计算。


  • 饱和水及干饱和蒸气表(表7-1)

  • 未饱和水及过热蒸气表(表7-2)

一、水蒸气表

  •  查表

  • 判断工质所处的状态

  • 查相应的表或进行相应的计算


  • 情况一:已知(p,t)

     查饱和表得已知压力(或温度)下的饱和温度ts(p)(或饱和压力ps(t) ):

  • 在湿蒸气区,p、t不是两个独立的变量,因此不能由p、t确定状态点。


  • 情况二:已知p(或t)及某一比参数y(v或s或h):

     查饱和表得已知压力(或温度)下的y’、y”:

在湿蒸气区干度及其它参数的的计算:



7-5 水蒸气的基本过程

  •  水蒸汽基本过程

定容、定压、定温及定熵四种

  •  求解任务

与解理想气体的过程一样,要求:

1、初态和终态的参数;

2、过程中的热量和功


7-5 水蒸气的基本过程

  •  利用图表分析、计算水蒸气的步骤:

1、根据初态的两个已知参数,从表或图中查得其他参数。

2、根据过程特征及一个终态参数确定终态,再从表或图上查得其他参数。

3、根据已求得的初、终态参数计算q、u及w。



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