1、第六章第六章 水和水蒸气的性质水和水蒸气的性质水蒸气是实际气体的代表水蒸气是实际气体的代表水蒸气水蒸气在空气中含量极小，当作在空气中含量极小，当作理想气体理想气体一般情况下，为一般情况下，为实际气体实际气体，使用图表，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，传热性能好本章主要内容本章主要内容1.实际工质的物性实际工质的物性3.水蒸气图表的结构和应用水
2、蒸气图表的结构和应用4.水蒸气热力过程水蒸气热力过程2.水蒸气的产生过程水蒸气的产生过程水蒸气水蒸气蒸气蒸气蒸汽蒸汽 6-1 6-1 纯物质的热力学面及相图纯物质的热力学面及相图物质有三种聚集状态：物质有三种聚集状态：固态固态、液态液态、气态气态热力学面：热力学面：以以p,v,T表示的物质各种状态表示的物质各种状态 的曲面的曲面水的三态：水的三态：冰冰、水水、蒸汽蒸汽水的热力学面水的热力学面两相区两相区单相区单相区气液固pvT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pvT纯物质（水）的相变液汽 汽化（沸腾）凝结固液 融化（熔解）凝固汽固 凝华 升华饱和线、
3、三相线和临界点饱和线、三相线和临界点pv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：临界点临界点水的临界点水的临界点coc3c22.129MPa647.30K (374.15 C)m0.00326kgpTv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等温线是鞍点等温线是鞍点cc22TT0,0ppvv临临界界点点纯物质的纯物质的p p-T T相图相图ppTT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
4、体流体流体流体汽化线汽化线汽化线汽化线汽相和液相汽相和液相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6-2 6-2 汽化与饱和汽化与饱和沸腾：沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化表面和液体内部同时发生的汽化(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：饱和状态：汽化与凝结的动态平衡汽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：蒸发：汽液表面上的汽化汽液表面上的汽化 饱和状态饱和状态饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和状态：汽化
5、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？Tspsps=1.01325barTs=100 青藏青藏ps=0.6barTs=85.95 高压锅高压锅ps=1.6barTs=113.32 6-3 6-3 水蒸气的定压发生过程水蒸气的定压发生过程t tsv vv=vv=vv v v未饱和水未饱和水饱和水饱和水 湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽干饱和蒸汽 过热蒸汽过热蒸汽h hh=hh=hh h hs ss=ss=ss s s水预热水预热汽化汽化过热过热水蒸气定压发生过程说明水蒸气定压发生过程说明(1)()QUWUpdVUp
6、VUpVH (2)fg0SSS 熵在加热时增加熵在加热时增加(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sttt过冷过冷水过冷水过热蒸汽过热蒸汽过热度过热度sttt过热过热蒸汽过热蒸汽cpcTcTABCACBcTTcTT cppcpp3a3b3d3e3c3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e2c2a2b2d2e1c1a1b1d1e1c1a1b1d1eTsp-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pvcp一点，二线，三区，五态一点，二线，三区，五态6-4 6-4
7、 水和水蒸气状态参数及其图表水和水蒸气状态参数及其图表状态公理：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，汽液两相水和水蒸气状态参数水和水蒸气状态参数确定的原则确定的原则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、T2、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T3、湿饱和蒸汽、湿饱和蒸汽除除p或或T外，其它参数包括比参
8、数与两相外，其它参数包括比参数与两相比例有关比例有关两相比例由两相比例由干度干度x确定确定定义定义干饱和蒸汽干饱和蒸汽fmxmmvv干饱和蒸汽质量湿饱和蒸汽质量饱和水饱和水对对干度干度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在在过冷水过冷水和和过热蒸汽过热蒸汽区域，区域，x无意义无意义湿饱和蒸汽区状态参数湿饱和蒸汽区状态参数的确定的确定 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(sxxssvxxvvhxxhhyyxyy已知已知p或或T(h,v,s,h,v
9、,s)+干度干度xh,v,s水和水蒸气表水和水蒸气表两类两类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/CtKT/aMPp/kgmv/3kgmv/3kgkJh/kgkJh/)(/KkgkJs)(/KkgkJs01.010020030016.273000611.000100022.0175.2060.2501000614.00000.01562.915.373101325.00010437.06738.13.267606.4193069.13564.715.4735551.10011565.04.82512714.04.27913307.24289
10、.615.5735917.80014041.002162.04.13454.27482559.37038.5kgmv/3kgmv/3kgkJh/kgkJh/)(/KkgkJs)(/KkgkJso/Ct982.663.9988.17996.3105.24840010001.0208.1298.251333.291060.02.22580010434.06946.17.267551.4173027.14.20140011274.06.76219430.00.27778.1315aMPp/001.01.00.1100014526.001800.06.14084.27249756.83608.7138
11、2.25847.63616.36143.5kgkJr/饱和参数paMP01.0aMP02.083.45st1505.86493.04.258484.191676.140010102.0 s sh hv v09.60st9092.78321.06.260946.2516515.70010172.0 s sh hv vtvhsvhs04080600010002.00.00001.00010002.00.00001.05.1670010078.04.1675729.00010078.05721.08310.01.2510010171.01752.83.261134.1527.163.26493437
12、.8119.88.26470205.84.2724052.95479.84.272512.182261.8120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：pvuh3m611.2 0.00100022apPvkg00006.06.0kgkJkgJpvuh 表依据表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发年第六届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编制，尽管表的国际骨架表编制，尽管IFC（国际公式化委（国际公式化委员会）员会）1967和和1997年先后发表了分段拟合的水和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
13、靠图表。水蒸气热力性质公式，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查表举例（查表举例（1 1）查表时先要确定在五态中的哪一态。查表时先要确定在五态中的哪一态。例例.1 已知已知：p=1MPa,试确定试确定t=100,200 各处于哪个状态各处于哪个状态,各自各自h是多少？是多少？ts(p)=179.88t=100 ts,过热蒸汽过热蒸汽h=2827.5kJ/kg查表举例（查表举例（2 2）已知已知 t=250,5kg 蒸汽占有蒸汽占有0.2m3容积容积,试问蒸试问蒸汽所处状态汽所处状态?h=?30.2m0.04kg
14、5v kgmv3001253.0t=250,kgmv305002.00.040.00125130.7950.050020.0012513vvxvvvvv湿蒸汽状态湿蒸汽状态查表举例（查表举例（2 2）已知已知 t=250,5kg 蒸气占有蒸气占有0.2m3容积容积,试问蒸试问蒸气所处状态气所处状态?h=?t=250,0.795x 湿蒸汽状态湿蒸汽状态kJkJ1085.8 2799.5kgkghhkJ (1)2448.2 kghxhx h查表举例（查表举例（3 3）已知已知 t=85,p=0.015MPa,试确定状态试确定状态?h=?ts=54.0,过热状态过热状态80908085809080h
15、hhhp=0.015MPa内插法内插法p=0.01MPat=85kJ 2658.8 kgh 80908085809080hhhhp=0.02MPat=85kJ 2657.4 kgh 0.010.020.010.0150.010.020.01hhhhp=0.015MPat=85kJ 2658.1 kgh 蒸汽动力循环蒸汽动力循环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定压过程定压过程等熵过程等熵过程tqhwh twh 0s 6-5 水蒸气的热力过程水蒸气的热力过程任务：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-
16、s图上表示图上表示热力过程：热力过程：p s T v dddhT sv pnnhpTvss 焓熵简化图注意与理想气体过程的区别注意与理想气体过程的区别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tqdhwqduw准静态准静态wpdvtwvdp 可逆可逆qTdsiso0dspvRT()uf T()hf T22p11lnlnTpscRTp pvccRp1kcRkv11cRk水蒸气的定压过程水蒸气的定压过程q=h wt=0342pv1qhvdp 例：例：锅炉中，水从锅炉中，水从30，4MPa,定压加热到定压加热到450，
17、交换的热量交换的热量 q=h2-h1ts(4MPa)=250.33锅炉、换热器锅炉、换热器水蒸气的定压过程水蒸气的定压过程例：例：水从水从30，4MPa,定压加热到定压加热到450 q=h2-h12Tshs2h1=129.3 kJ/kg h2=3330.7 kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kg水蒸气的绝热过程水蒸气的绝热过程p12pvp2不可逆过程：不可逆过程：汽轮机、水泵汽轮机、水泵12可逆过程：可逆过程：s1 2 1 2q=0t12whhh 水蒸气的绝热过程水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵汽轮机、水泵q=0t12whh212Ts不可逆过程：不可逆过程：可逆过程：可逆过程：st
18、12whhp1p2水蒸气的绝热过程水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵汽轮机、水泵q=0t12whhhs不可逆过程不可逆过程 可逆过程：可逆过程：st12whhp1p221h1h2h22透平内效率透平内效率 12oi12hhhh水蒸气的绝热过程举例水蒸气的绝热过程举例hsp1p221h1h2h22例：例：汽轮机汽轮机 14MPap o1450 Ct 20.005MPap 0.9oi求：求：tw2h2x13330.7kJ/kgh 16.9379kJ/kg.Ks 解：解：由由 t1、p1查表查表 21ss水蒸气的绝热过程举例水蒸气的绝热过程举例hsp1p221h1h2h224MPao450 C0.005M
19、Pa求：求：tw2h2x216.9379kJ/kg.Kss由由 p2查表查表2137.77kJ/kgh 22561.2kJ/kgh 20.4762kJ/kg.Ks 28.3952kJ/kg.Ks222220.8160ssxss水蒸气的绝热过程举例水蒸气的绝热过程举例hsp1p221h1h2h224MPao450 C0.005MPa求：求：tw2h2x2222212115.3kJ/kghx hxh20.8160 x 1212toitwhhhhw121093.9kJ/kgtoiwhh212236.8kJ/kgthhw222220.866hhxhh水蒸气的定温过程水蒸气的定温过程pv实际设备中很少见实际设备中很少见TCTcT远离饱和远离饱和线，接近线，接近于于理想气理想气体体水蒸气的定温过程水蒸气的定温过程12Tshs122理想气体理想气体 可逆过程：可逆过程：qTdsT stwqh1 2 5、注意与理想气体比较，哪些公式可用、注意与理想气体比较，哪些公式可用、哪些不能用哪些不能用第六章第六章 小小 结结1、熟悉熟悉pT相图相图2、熟悉熟悉1 1点点2 2线线3 3区区5 5态态3、会查图表会查图表4、基本热力过程在基本热力过程在p-v、T-s、h-s图上的表图上的表 示，会计算示，会计算 q、wt第六章第六章 完完
