内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教豪第7章水蒸气本章基本要求：水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的确定、水蒸气图表的结构和应用、以及水蒸气在热力过程中功量和热量的计算。本章重点：工业上水蒸气的定压生成过程，学会使用水蒸气热力学性质的图表，并能熟练的运用于各种热力过程的计算。注意：水蒸气是由液态水经汽化而来的一种气体，离液态较近，不是理想气体，是实际气体，只能通过查热力学性质图表进行各种热力过程的计算。7.1水的相变及相图ppBBIPePe液态液态b.bi固态1.固态aaP.汽态汽态pmDdDdIAfct自然界中聚集态：固相、液相和气相。下面以水为例：融解过程：在一定压力下，固态冰-液态水（融点温度），汽化过程：水一汽（沸点温度）AB--融点与压力关系，为融解曲线。A点固、液、汽三态共存的状态，为三相态，三相点。例如：水Pa=6112PaK=0.01℃升华过程：低于三相点，冰--汽，反之为凝华。AD--升华曲线。AC和AD称为相平衡曲线。在曲线上两相平衡共存，曲线划分成的三区48
内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教案 48 第 7 章 水蒸气 本章基本要求： 水蒸气的产生过程、水蒸气状态参数的确定、水蒸气图表的结构和应用、 以及水蒸气在热力过程中功量和热量的计算。 本章重点： 工业上水蒸气的定压生成过程，学会使用水蒸气热力学性质的图表，并 能熟练的运用于各种热力过程的计算。 注意：水蒸气是由液态水经汽化而来的一种气体，离液态较近，不是理 想气体，是实际气体，只能通过查热力学性质图表进行各种热力过程的计算。 7．1 水的相变及相图 自然界中聚集态：固相、液相和气相。 下面以水为例： 融解过程：在一定压力下，固态冰-液态水（融点温度）， 汽化过程：水—汽（沸点温度） AB-融点与压力关系，为融解曲线。 A 点固、液、汽三态共存的状态，为三相态，三相点。 例如： 水 Pa =611.2Pa K=0.01℃ 升华过程：低于三相点，冰-汽，反之为凝华。 AD-升华曲线。AC 和 AD 称为相平衡曲线。在曲线上两相平衡共存,曲线划 分成的三区
内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教豪饱和状态：汽化和凝结的动态平衡状况饱和压力与饱和温度关系：t、=f(p）。第2节水蒸汽的定压发生过程工业上水蒸气的形成取定量0.01°℃的纯水，1.定压预热过程加热过热蒸汽干饱和蒸汽湿燕汽饱和水未饱和水(e).(a)(c)(6)(a)2.饱和水定压汽化过程汽化潜热：1kg饱和液体加热成同温度下的干饱和蒸汽所需热量。干度：湿蒸汽中含干蒸汽的质量占湿蒸汽的总质量的百分比x=干蒸汽质量/湿蒸汽总质量3.于饱和蒸汽定压过热过程过热度：温度超过对应压力下的饱和温度。二、水蒸汽的p-VT-s图水蒸汽定压形成特点：一点：临界点C两线：饱和液体线、饱和蒸汽线三区：未饱和液体区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区49
内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教案 49 饱和状态：汽化和凝结的动态平衡状况 饱和压力与饱和温度关系： ( ) s ps t = f 。 第2节 水蒸汽的定压发生过程 一、工业上水蒸气的形成 取定量 0.01 C 0 的纯水， 1．定压预热过程 2．饱和水定压汽化过程 汽化潜热：1kg 饱和液体加热成同温度下的干饱和蒸汽所需热量。 干度：湿蒸汽中含干蒸汽的质量占湿蒸汽的总质量的百分比 x=干蒸汽质量/湿蒸汽总质量 3．干饱和蒸汽定压过热过程 过热度：温度超过对应压力下的饱和温度。 二、水蒸汽的 p-v T-s 图 水蒸汽定压形成特点： 一点：临界点 C 两线：饱和液体线、饱和蒸汽线 三区：未饱和液体区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区
内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教素五种状态：未饱和水状态、饱和水状态、湿饱和蒸汽状态、干饱和蒸汽状态和过热蒸汽状态。r过热蒸汽过热蒸汽dLbF湿蒸汽湿蒸汽B7.3水蒸气表和焰一滴(h-s)图在工程计算中，水和水蒸气的状态参数可根据水蒸气表和图查得。、水蒸气参数的计算零点的规定1963年第六届国际水蒸气会议的决定，以水物质在三相平衡共存状态下的饱和水作为基准点。规定在三相态时饱和水的内能和熵为零。液体热的计算：未饱和水加热到饱和水，所加的热量为液体热qi =h =Cpm(t,-0.01)= 4.1868t,采用公式计算了解。二、水蒸汽表有三种：1、按温度排列的饱和水与饱和水蒸气表2、按压力排列的饱和水与饱和水蒸气表50
内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教案 50 五种状态：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 和过热蒸汽状态。 7.3 水蒸气表和焓一熵(h-s)图 在工程计算中,水和水蒸气的状态参数可根据水蒸气表和图查得。 一、水蒸气参数的计算 零点的规定 1963 年 第六届国际水蒸气会议的决定，以水物质在三相平衡共存状态下 的饱和水作为基准点。规定在三相态时饱和水的内能和熵为零。 液体热的计算：未饱和水加热到饱和水，所加的热量为液体热 pm s s q h c (t 0.01) 4.1868t ' 1 = = − = 采用公式计算了解。 二、水蒸汽表 有三种： 1、按温度排列的饱和水与饱和水蒸气表 2、按压力排列的饱和水与饱和水蒸气表
内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教豪3、按压力和温度排列的未饱和水与过热蒸汽表。附表1、附表2和附表3。三、水蒸气的--焰(h-s)图水蒸气表的数据是不连续的，在求间隔中的状态参数时，需用内插法。根据水蒸气各参数间的关系及实验数据制成图线，称为水蒸气线图。h (kJ/kg)s(kJ/kg-K)7.4水蒸汽的基本热力过程基本热力过程：定容、定压、定温、绝热、四种分析蒸汽热力过程的一般步骤为：1.用蒸汽图表由初态的两个已知参数求其它参数。2.根据题示的过程性质，如压力不变、容积不变、温度不变和绝热，加上另一个终态参数即可在图上确定进行的方向和终态，并读得终态参数。3.根据已求得的初、终态参数，应用热力学第一和第二定律等基本方程计算过程量。一、定压过程q= Nh= h, -hAu= h, -h, - p(vz -v,)51
内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教案 51 3、按压力和温度排列的未饱和水与过热蒸汽表。附表 1、附表 2 和附表 3。 三、水蒸气的焓-熵(h-s)图 水蒸气表的数据是不连续的，在求间隔中的状态参数时，需用内插法。 根据水蒸气各参数间的关系及实验数据制成图线，称为水蒸气线图。 7.4 水蒸汽的基本热力过程 基本热力过程：定容、定压、定温、绝热 四种 分析蒸汽热力过程的一般步骤为： 1.用蒸汽图表由初态的两个已知参数求其它参数。 2.根据题示的过程性质，如压力不变、容积不变、温度不变和绝热，加上另 一个终态参数即可在图上确定进行的方向和终态,并读得终态参数。 3.根据已求得的初、终态参数，应用热力学第一和第二定律等基本方程计算 过程量。 一、定压过程 q = h = h2 −h1 ( ) 2 1 2 1 u = h −h − p v −v
内兼古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教童w, =-fvdp=0w=q-u二、定容过程W=J pdv = 0q=AuAu=h -h -v(p2-p)w, =-[vdp=v(p-p2)三、定温过程w=q-Auq=T(s2 -s)w, =q-△hu= hz -h -(p2V2 -pi)四、绝热过程q=0W, = -Nhw=-uAu=h, -h, -(p2V2-pv)例1：容积为0.6m2的密闭容器内盛有压力为3.6bar的干饱和蒸汽，问蒸汽的质量为多少，若对蒸汽进行冷却，当压力降低到2bar时，问蒸汽的干度为多少，冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少解：查以压力为序的饱和蒸汽表得：P=3.6bar时，v=0.51056m2/kgh=2733.8kJ/kg蒸汽质量m=V/v=1.1752kg查饱和蒸汽表得：P,=2bar时，v=0.0010608m2/kgvz=0.88592m2/kghj=504.7kJ/kgh,=2706.9kJ /kg在冷却过程中，工质的容积、质量不变，故冷却前干饱和蒸汽的比容等于冷vi=Vx2却后湿蒸汽的比容即：52
内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教案 52 w = q − u wt = − vdp = 0 二、定容过程 w = pdv = 0 q = u ( ) 2 1 p2 p1 u = h −h −v − = − = ( − ) p1 p2 w vdp v t 三、定温过程 ( ) 2 1 q = T s − s w = q − u wt = q − h ( ) 2 1 2 2 1 1 u = h −h − p v − p v 四、绝热过程 q=0 w = −u wt = −h ( ) 2 1 2 2 1 1 u = h −h − p v − p v 例 1：容积为 0.6 3 m 的密闭容器内盛有压力为 3.6bar 的干饱和蒸汽，问蒸汽 的质量为多少，若对蒸汽进行冷却，当压力降低到 2bar 时，问蒸汽的干度为 多少，冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少 解：查以压力为序的饱和蒸汽表得： 1 p =3.6bar 时， " 1 v =0.51056 m / kg 3 " 1 h =2733.8kJ /kg 蒸汽质量 m=V/ " 1 v =1.1752kg 查饱和蒸汽表得： 2 p =2bar 时， ' 2 v =0.0010608 m / kg 3 " 2 v =0.88592 m / kg 3 ' 2 h =504.7kJ /kg '' 2 h =2706.9kJ /kg 在冷却过程中，工质的容积、质量不变，故冷却前干饱和蒸汽的比容等于冷 却后湿蒸汽的比容即： " 1 v = x2 v