第七章　水蒸汽

第七章　水蒸汽 教学目标：使学生了解工程实际中，水蒸汽的使用状况。能进行水蒸汽各种过程的热力计算。知识点：水蒸汽的定压发生过程；水蒸汽表和图；水的相图及三相点；水蒸汽的基本过程。重点：工业上水蒸汽的定压生成过程，学会使用水蒸汽热力学性质的图表，并能熟练地运用于各种热力过程的计算。难点：水蒸汽是实际汽体，只能通过查热力学性质图表进行各种热力过程的计算。(也可以用复杂的计算公式进行计算)

7-1　饱和温度和饱和压力 一、汽化与凝结 1、汽化　　物质由液态转变为汽态的过程。 • 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。 2、凝结　　物质由汽态转变为液态的过程。凝结的速度取决于空间蒸汽的压力。

液体分子脱离其表面的汽化速度 汽体分子回到液体中的凝结速度＝这时液体与蒸汽处于动态平衡状态，称为饱和状态饱和液体饱和蒸汽二、饱和状态 • 饱和状态

饱和温度和饱和压力 　　处于饱和状态的汽、液温度相同，称为饱和温度ts，蒸汽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、汽三相共存的状态分析：1) 当压力低于ptp时，液相不可能存在，而只可能是汽相或固相。 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、汽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 　　工业上所用的水蒸汽都是在定压加热设备中产生的。一般经过三个阶段：一、水蒸汽定压生成过程预热阶段汽化阶段过热阶段

7-2 水的定压加热汽化过程 未饱和水状态饱和水状态湿饱和蒸汽状态干饱和蒸汽状态过热蒸汽状态饱和水的汽化阶段水的预热阶段过热阶段水蒸汽的定压生成过程说明：在此可代表

预热阶段 状态及状态参数：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

湿饱和蒸汽：饱和水与饱和蒸汽混合物 • 汽化阶段饱和水湿(饱和)蒸汽干饱和蒸汽 • 这个阶段所需的热量称为汽化潜热 g

干度x： 　湿蒸汽中饱和蒸汽所占的质量百分比。

过热阶段 干饱和蒸汽过热蒸汽 • 这个阶段所需的热量称为过热热 qsup。 • t-ts称为过热度

二、水蒸汽定压生成过程中热量的计算 1.水的定压预热阶段 T 液体热 2 2.饱和水的定压汽化过程汽化潜热 1 3.水蒸汽的定压过热过程 s 过热热 1kg水从1状态被加热到2状态所吸收的热量

水蒸汽的p-v图和T-s图 三、水蒸汽的p-v图和T-s图 p T C C Ⅲ Ⅰ Ⅰ Ⅲ 20 Ⅱ Ⅱ 20 10 10 v s 水的临界参数

水蒸汽的p－v和T─s图 p T T p s v 一点:临界点; 三线:饱和水线、干饱和蒸汽线、等临界温度线; 三区:未饱和水区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区; 五态:未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽.

水的热力学曲面图动态显示 固－液水的热力学曲面图汽体 p＝常数液体临界点 p T＝常数固体液－汽蒸汽三相线固－汽 T v

水的p—T相图 B 水的 p │ T 相图液体汽体（熔解曲线） p 固－液临界点 C 固体液－汽（汽化曲线）蒸汽 o三相点固－汽（升华曲线） A T

7-3 水和水蒸汽的状态参数 问题：图中各点的状态参数如何确定？ T 2 1 零点 s ０

7-3 水和水蒸汽的状态参数 一、零点规定　　水及水蒸汽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。国际水蒸汽会议规定，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 (保持三相点的温度不变,讨论u、h、s随压力的变化) 忽略水的压缩性，即比体积v不变(dv=0)，又温度不变，则: uo=u0’=0, w=0 （容积功为０） q=0 so=so’=0, h0= uo+p0 v0=0(压力不高时）

三、温度为t、压力为P的未饱和水 （在前面二的基础上，提高温度）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　水蒸汽表和图 • 水与水蒸汽的状态参数p、v、t、h、s均可从水蒸汽图表中查到，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。

蒸汽表 一、水蒸汽表 • 饱和水及干饱和蒸汽表（表7－1） • 未饱和水及过热蒸汽表（表7－2）查表 • 判断工质所处的状态 • 查相应的表或进行相应的计算

饱和水和饱和水蒸汽表（按温度排列） 温度增加饱和水和饱和水蒸汽表（按压力排列）压力增加

饱和参数未饱和水和过热蒸汽表（节录）压力增加未饱和水温度增加过热蒸汽

Y （x,y）（x2,y2）（x1,y1） X • 热力学性质表很简单，它是把热力学性质以一一对应的表格形式表示出来，其特点表现在：对确定点数据准确，但对非确定点需要内插计算，一般用直线内插。

情况一：已知（p,t）,判断水或蒸汽所处的状态情况一：已知（p,t）,判断水或蒸汽所处的状态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) ）： • 在湿蒸汽区，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）,判断水或蒸汽所处的状态情况二：已知p（或t）及某一比参数y（v或s或h）,判断水或蒸汽所处的状态查饱和表得已知压力（或温度）下的y’、y”：在湿蒸汽区干度及其它参数的的计算：

T 1、图 C Ⅲ Ⅰ Ⅱ 20 10 s 二、蒸汽的热力性质图主要用于循环效率分析。水蒸汽的T-s图

定压加热 T 绝热膨胀绝热压缩定压(定温)放热 s 二、蒸汽的热力性质图 1 图示的循环中: 吸热量? 放热量? 循环功量? C 10 2 3 x2 水蒸汽的T-s图

完整的Ｔ－Ｓ图具有以下曲线 ⑴饱和曲线ＢＣＤ V T BC－饱和液体线 P H CD－饱和蒸汽线 C ⑵ 等Ｐ线，以蓝线表示 ⑶ 等Ｈ线，以红线表示 ⑷ 等v线，以蓝虚线表示 B x ⑸ 等干度线，以红虚线表示 D ⑹ 等Ｔ线，平行于横坐标 S • ⑺ 等Ｓ线，平行于纵坐标

水蒸汽的焓─熵图示意图 h 2、图 s p v T 主要用于过程的能量转换分析。 x x＝１水蒸汽的h-s图

焓─熵图的使用计算定熵过程 wt 焓┃熵图的使用 h T1 p1 1 h1 p2 T2 h2 2 x2 x＝１ s1=s2 s

7－5　水蒸汽的基本过程 定容、定压、定温及定熵四种。　水蒸汽基本过程　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　水蒸汽的基本过程 1、根据初态的两个已知参数，从表或图中查得其它参数。 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它参数。 3、根据已求得的初、终态参数,计算q、u、 h、及w。　利用图表分析、计算水蒸汽的步骤：

水蒸汽基本公式：

p v 一、水蒸汽的定压过程 1、工程中的设备:锅炉、换热器 2、过程特点:p=定值 3、过程在图中表示 2 1 3 4

T h 2 2 h2 3 4 1 3 4 1 h1 s s s1 s2 一、水蒸汽的定压过程 T-s 图和h-s图中的表示

一、水蒸汽的定压过程 4、能量转换计算 wt = 0 q = h 5、举例：锅炉中，水从30℃、4MPa, 定压加热到450 ℃。 ts(4MPa)=250.33℃ q = h2-h1

p v 二、水蒸汽的绝热过程 1、工程中的设备：汽轮机 2、过程特点:q=0 1 p1 3、过程在图中表示 p2 2 2’

h T s s 二、水蒸汽的绝热过程 T-s 图和h-s图中的表示 1 1 h1 p1 p1 h2’ h2 2’ p2 2 2’ 2 p2

T 可逆过程：s s 二、水蒸汽的绝热过程 4、能量转换计算 q = 0 1 p1 不可逆过程： p2 2 2’

h s 二、水蒸汽的绝热过程汽轮机内效率 1 h1 p1 h2’ h2 2’ 2 p2

p T Tc T v 三、水蒸汽的定温过程实际设备中很少见远离饱和线，接近于理想气体. C

三、水蒸汽的定温过程 可逆过程： T h 2 2 1 1 s s

四、水蒸汽的定容过程 实际设备中不常见 p 2 1 v

四、水蒸汽的定容过程 T h v v p 2 2 T p 1 1 s s

例题例题过热蒸汽由初态p１=2MPa、t１=300℃绝热膨胀到 p2=４kPa = 0.004MPa，求此过程中每kg蒸汽所作的功及每kg蒸汽膨胀终态蒸汽的干度。 p1 解 Ⅰ查图法 h t1 1 h1 从 h-s 图上查得 p2 h1=3025kJ/kg, h2＝2035kJ/kg, h2 2 x2 x2＝0.786 s 每kg 蒸汽所作的功

第七章 水蒸汽