氣體和蒸汽的性質(zhì)(3-4-7)

1、3-4 水蒸氣的飽和狀態(tài)和相圖水蒸氣的飽和狀態(tài)和相圖水蒸氣是實(shí)際氣體的代表水蒸氣是實(shí)際氣體的代表水蒸氣水蒸氣在空氣中含量極小，當(dāng)作在空氣中含量極小，當(dāng)作理想氣體理想氣體一般情況下，為一般情況下，為實(shí)際氣體實(shí)際氣體，使用圖表，使用圖表18世紀(jì)，蒸氣機(jī)的發(fā)明，是唯一工質(zhì)世紀(jì)，蒸氣機(jī)的發(fā)明，是唯一工質(zhì)直到內(nèi)燃機(jī)發(fā)明，才有燃?xì)夤べ|(zhì)直到內(nèi)燃機(jī)發(fā)明，才有燃?xì)夤べ|(zhì)目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 便宜，易得，無毒，膨脹性能好，傳熱性能好便宜，易得，無毒，膨脹性能好，傳熱性能好是其它實(shí)際氣體的代表是其它實(shí)際氣體的代表一、汽化與凝結(jié)一、汽化與凝結(jié)汽化汽化

2、: 物質(zhì)由物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程。的過程。蒸發(fā)：在液體表面進(jìn)行蒸發(fā)：在液體表面進(jìn)行 的汽化過程的汽化過程沸騰：在液體表面及內(nèi)部進(jìn)行的強(qiáng)烈沸騰：在液體表面及內(nèi)部進(jìn)行的強(qiáng)烈汽化過程。汽化過程。凝結(jié)：物質(zhì)由凝結(jié)：物質(zhì)由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程。凝結(jié)的過程。凝結(jié)的速度取決于空間蒸氣的壓力。的速度取決于空間蒸氣的壓力。二、飽和狀態(tài)二、飽和狀態(tài)(Saturated state)飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)液體分子脫離其液體分子脫離其表面的汽化速度表面的汽化速度氣體分子回到液氣體分子回到液體中的凝結(jié)速度體中的凝結(jié)速度這時(shí)液體與蒸氣處于動(dòng)態(tài)這時(shí)液體與蒸氣處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，稱為平衡狀態(tài)，稱為飽和

3、狀態(tài)飽和狀態(tài)飽和液體飽和液體飽和蒸氣飽和蒸氣飽和溫度和飽和壓力飽和溫度和飽和壓力 處于飽和狀態(tài)的氣、液溫度相同，稱為飽和處于飽和狀態(tài)的氣、液溫度相同，稱為飽和溫度溫度t ts s，蒸汽的壓力稱為飽和壓力，蒸汽的壓力稱為飽和壓力p ps s sstfp ts上升，上升， ps上升；上升； ps上升，上升， ts上升。上升。結(jié)論：結(jié)論：一定的飽和溫度對(duì)應(yīng)于一定一定的飽和溫度對(duì)應(yīng)于一定的飽和壓力，反之也成立，的飽和壓力，反之也成立，即兩者間存在單值關(guān)系即兩者間存在單值關(guān)系。三相點(diǎn)三相點(diǎn)固、液、氣三相共存的狀態(tài)固、液、氣三相共存的狀態(tài) 1) 當(dāng)壓力低于當(dāng)壓力低于ptp時(shí)，液相不可能存在，而只可能是氣時(shí)

4、，液相不可能存在，而只可能是氣 相或固相。相或固相。 ptp稱為三相點(diǎn)壓力，對(duì)應(yīng)的飽和溫度稱為三相點(diǎn)壓力，對(duì)應(yīng)的飽和溫度ttp稱為三相稱為三相點(diǎn)溫度。點(diǎn)溫度。 2) 三相點(diǎn)溫度和壓力是最低的飽和溫度和飽和壓力。三相點(diǎn)溫度和壓力是最低的飽和溫度和飽和壓力。 3) 各種物質(zhì)在三相點(diǎn)的溫度與壓力分別為定值，但比體積各種物質(zhì)在三相點(diǎn)的溫度與壓力分別為定值，但比體積則隨固、液、氣三相的混合比例不同而異。則隨固、液、氣三相的混合比例不同而異。水的三相點(diǎn)溫度和壓力值：水的三相點(diǎn)溫度和壓力值：PapKTtptp659.61116.273物質(zhì)有三種聚集狀態(tài)：物質(zhì)有三種聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)熱

5、力學(xué)面：熱力學(xué)面：以以p,v,T表示的物質(zhì)各種狀態(tài)表示的物質(zhì)各種狀態(tài) 的曲面的曲面水的三態(tài)：水的三態(tài)：冰、水、蒸汽冰、水、蒸汽水的熱力學(xué)面水的熱力學(xué)面兩相區(qū)兩相區(qū)單相區(qū)單相區(qū)氣氣液液固固pvT六個(gè)區(qū)：三個(gè)單相區(qū)、三個(gè)兩相區(qū)六個(gè)區(qū)：三個(gè)單相區(qū)、三個(gè)兩相區(qū)液液-氣氣固固-氣氣固固-液液pvT飽和線、三相線和臨界點(diǎn)飽和線、三相線和臨界點(diǎn)pv四個(gè)線：三個(gè)飽和線、一個(gè)三相線四個(gè)線：三個(gè)飽和線、一個(gè)三相線飽和氣線飽和氣線三相線三相線飽和液線飽和液線飽和固線飽和固線T臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)：一個(gè)點(diǎn)：臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)22.064Pa,373.99KcrcrpT水的定壓加熱汽化過程水的定壓加熱汽化過程工業(yè)上所用的水蒸氣

6、都是在定壓加熱工業(yè)上所用的水蒸氣都是在定壓加熱設(shè)備中產(chǎn)生的。一般經(jīng)過三個(gè)階段：設(shè)備中產(chǎn)生的。一般經(jīng)過三個(gè)階段：預(yù)熱階段預(yù)熱階段汽化階段汽化階段過熱階段過熱階段幾個(gè)名詞幾個(gè)名詞 飽和液飽和液(saturated liquid)處于飽和狀態(tài)的液體處于飽和狀態(tài)的液體： t = ts 干飽和蒸汽干飽和蒸汽(dry-saturated vapor; dry vapor ) 處于飽和狀態(tài)的蒸汽處于飽和狀態(tài)的蒸汽：t = ts 未飽和液未飽和液(unsaturated liquid) 溫度低于所處壓力下飽和溫度的液體溫度低于所處壓力下飽和溫度的液體：t ts, t ts = d 稱過稱過 熱度熱度(degr

7、ee of superheat)。 濕飽和蒸汽濕飽和蒸汽(wet-saturated vapor; wet vapor ) 飽和液和干飽和蒸汽的混合物飽和液和干飽和蒸汽的混合物：t = ts使未飽和液達(dá)飽和狀態(tài)的途徑：使未飽和液達(dá)飽和狀態(tài)的途徑：pt, tpptts不變，保持 pttpps不變，保持水蒸氣定壓發(fā)生過程圖及其原理水蒸氣定壓發(fā)生過程圖及其原理預(yù)熱階段預(yù)熱階段飽和水飽和水未飽和水（過冷水未飽和水（過冷水）狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)：狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)：hhssvvttconstps.hhssvvttconstps. 這個(gè)階段所需的熱量稱為液體熱這個(gè)階段所需的熱量稱為液體熱 ql汽化階段汽化階段干飽和

8、蒸干飽和蒸汽汽飽和水飽和水濕濕(飽和飽和)蒸汽蒸汽hhssvvttconstps.hhhsssvvvttconstps .hhssvvttconstps . 這個(gè)階段所需的熱量稱為汽化潛熱這個(gè)階段所需的熱量稱為汽化潛熱 g g濕飽和蒸汽：飽和水濕飽和蒸汽：飽和水與飽和蒸汽混合物與飽和蒸汽混合物干度（干度（dryness）液汽汽mmmx（濕度濕度 y =1x）x01飽和液飽和液濕飽和蒸汽濕飽和蒸汽干飽和蒸汽干飽和蒸汽定義：濕蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用定義：濕蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用w 或或 x 表示。表示。過熱階段過熱階段過熱蒸汽過熱蒸汽干飽和蒸汽干飽和蒸汽hhssvvttconstp

9、s .hhssvvttconstps . 這個(gè)階段所需的熱量稱為過熱熱這個(gè)階段所需的熱量稱為過熱熱 qsup。 t-ts稱為過熱度稱為過熱度相變圖相變圖水定壓加熱汽化過程的水定壓加熱汽化過程的p-v圖及圖及T-s圖圖一點(diǎn)一點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)crcr3cr22.064MPa373.99 C0.003106m /kgptv兩線兩線上界限線上界限線下界限線下界限線三區(qū)三區(qū)液液汽液共存汽液共存汽汽五態(tài)五態(tài)未飽和水未飽和水飽和水飽和水濕蒸汽濕蒸汽干飽和蒸汽干飽和蒸汽過熱蒸汽過熱蒸汽分析：分析： p-v圖中可以看出：影響圖中可以看出：影響 v 的主要是的主要是 P 和和 T：1)對(duì)液態(tài)而言，對(duì)液態(tài)而言，T對(duì)對(duì)

10、v的影響比的影響比P的影響大，因而當(dāng)?shù)挠绊懘螅蚨?dāng)P增加時(shí)，增加時(shí)，對(duì)應(yīng)的飽和溫度增加，則飽和液體的比體積增大；對(duì)應(yīng)的飽和溫度增加，則飽和液體的比體積增大；2)對(duì)汽態(tài)而言，正好相反，因而，隨著對(duì)汽態(tài)而言，正好相反，因而，隨著P的增加，飽和蒸汽的的增加，飽和蒸汽的比體積減??；比體積減小；3)飽和液體線與飽和蒸汽線必相交于一點(diǎn)飽和液體線與飽和蒸汽線必相交于一點(diǎn)C(臨界點(diǎn)臨界點(diǎn))臨界點(diǎn)：臨界點(diǎn)：當(dāng)當(dāng)ttcr時(shí)，無論壓力如何增加都不可能液化時(shí)，無論壓力如何增加都不可能液化水的臨界參數(shù)：水的臨界參數(shù)：kgmvMPapCtcrcrcr/003106. 0064.2299.3733一點(diǎn)：一點(diǎn)：二線：二線：

11、三區(qū)：三區(qū)：五態(tài)：五態(tài)：臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)上界線和下界線上界線和下界線液態(tài)區(qū)、濕蒸汽區(qū)、過熱區(qū)液態(tài)區(qū)、濕蒸汽區(qū)、過熱區(qū)未飽和水、飽和水、濕蒸汽、干飽和蒸未飽和水、飽和水、濕蒸汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽汽、過熱蒸汽3-6 水和水蒸水和水蒸氣氣的狀態(tài)參數(shù)的狀態(tài)參數(shù)水及水蒸氣的參數(shù)計(jì)算中不必求其絕對(duì)值，僅求水及水蒸氣的參數(shù)計(jì)算中不必求其絕對(duì)值，僅求其增量或減少量，故可規(guī)定一任意起點(diǎn)。國(guó)際水蒸其增量或減少量，故可規(guī)定一任意起點(diǎn)。國(guó)際水蒸氣會(huì)議規(guī)定，水的三相點(diǎn)即氣會(huì)議規(guī)定，水的三相點(diǎn)即273.16K的液相水作為的液相水作為基準(zhǔn)點(diǎn)，規(guī)定其熱力學(xué)能及熵為基準(zhǔn)點(diǎn)，規(guī)定其熱力學(xué)能及熵為0，即對(duì)于，即對(duì)于t0=ttp=0

12、.01C、p0=ptp=611.659 Pa的飽和水有：的飽和水有：kgkJvpuhkgmvKkgkJskgkJu/0/00100021. 0)/(0/000003000一、零點(diǎn)規(guī)定一、零點(diǎn)規(guī)定 忽略水的壓縮性，即比體積忽略水的壓縮性，即比體積v不變，又溫度不變，又溫度不變，則不變，則: uo=u0=0, w=0 q=0 熵也不變，熵也不變， so=so=0, h0= uo+p0 v0=0 （壓力不高時(shí)）（壓力不高時(shí)）二、溫度為二、溫度為0.01、壓力為、壓力為p的過冷水的過冷水三、溫度為三、溫度為t、壓力為、壓力為p的飽和水的飽和水 273.160273.16273.164.1868/4.1

13、868ln/(. )273.16TlplsCTTsKpqc dThhqtkJ kgTqdTsckJkg KTT shql飽和水狀態(tài)：飽和水狀態(tài)：在壓力與溫度較高時(shí)，水的在壓力與溫度較高時(shí)，水的cp變化不大，且變化不大，且h0也不也不能再認(rèn)為零，故不能用上兩式計(jì)算能再認(rèn)為零，故不能用上兩式計(jì)算ql和和s. shql隨壓力的升高而增大隨壓力的升高而增大（當(dāng)水溫度小于（當(dāng)水溫度小于100時(shí)，平均比熱容時(shí)，平均比熱容cp4.1868kJ/(kgK)）四、壓力為四、壓力為p的干飽和蒸汽的干飽和蒸汽) () () (vvpuuhhssTsg 加熱飽和水，全部汽化后成為壓力為加熱飽和水，全部汽化后成為壓力為

14、p、溫度為、溫度為ts的干飽和蒸汽，其各參數(shù)以的干飽和蒸汽，其各參數(shù)以v、h、s、u表示。汽表示。汽化潛熱為：化潛熱為：增加熱力學(xué)能增加熱力學(xué)能的熱量的熱量汽化時(shí)比體積增大汽化時(shí)比體積增大用以膨脹功的熱量用以膨脹功的熱量sxxxTxssxxssxhhxxhhxvvxxvvgg)1 ()1 ()1 (五、壓力為五、壓力為p的濕飽和蒸汽的濕飽和蒸汽濕飽和蒸汽中部分為水部分為蒸汽，此時(shí)溫度濕飽和蒸汽中部分為水部分為蒸汽，此時(shí)溫度t為為對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于ps的飽和溫度，即的飽和溫度，即t=ts。因?yàn)椤Ｒ驗(yàn)閠s和和Ps互為相對(duì)互為相對(duì)應(yīng)之?dāng)?shù)值，不是相互獨(dú)立的參數(shù)，僅應(yīng)之?dāng)?shù)值，不是相互獨(dú)立的參數(shù)，僅ts和和Ps

15、不能決不能決定其狀態(tài)。通常采用干度定其狀態(tài)。通常采用干度x來決定其狀態(tài)。來決定其狀態(tài)。 超過超過ts之值稱為過熱度，即之值稱為過熱度，即t ts。過熱熱量過熱熱量qsup為為因過熱蒸汽的因過熱蒸汽的cp是是p、t的復(fù)雜函數(shù)，故上式不宜用的復(fù)雜函數(shù)，故上式不宜用于工程計(jì)算于工程計(jì)算。sup273.16SsTTpTshhqdTdTsccTTTg六、壓力為六、壓力為p的過熱蒸汽的過熱蒸汽supsTpTqc dT3-7 水蒸氣表和圖水蒸氣表和圖3-7 3-7 水蒸氣表和圖水蒸氣表和圖水與水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)水與水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)p、v、t、h、s均均可從水蒸氣圖表中查到，圖表中沒有的可從水蒸氣圖表中查到，圖

16、表中沒有的參數(shù)，可根據(jù)參數(shù)間的一般關(guān)系計(jì)算得參數(shù)，可根據(jù)參數(shù)間的一般關(guān)系計(jì)算得到，如到，如u按按u=h-pv計(jì)算。計(jì)算。一、水蒸氣表一、水蒸氣表飽和水及干飽和蒸汽表（表飽和水及干飽和蒸汽表（表36）未飽和水及過熱蒸汽表（表未飽和水及過熱蒸汽表（表37）查表的目的查表的目的蒸氣表蒸氣表判斷工質(zhì)所處的狀態(tài)判斷工質(zhì)所處的狀態(tài)查相應(yīng)的表或進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算查相應(yīng)的表或進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算1.1.飽和水和干飽和蒸汽表飽和水和干飽和蒸汽表（表（表36）2.2.未飽和水和過熱蒸汽表未飽和水和過熱蒸汽表（表（表37）p0.001 MPa0.005 MPa0.01 MPa飽飽和和參參數(shù)數(shù)ts=6.949 v=0.001

17、000 1, v”=129.185h=29.21, h”=2513.3s=0.105 6, s ”=8.9735ts=32.879 v=0.001 005 3, v”=28.191h=137.72, h”=2 560.6s=0.4761, s”=8.3930ts=45.799 v=0.001 010 3, v”=14.673h=191.76, h”=2583.7s=0. 649 0, s”=8.1481tvhsvhsvhsm3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/(kgK) 00.0010002- -0.05- -0.00020.0010

18、0020.0010003- -0.05- -0.00020.0010002- -0.04- -0.000210130.5982519.08.993842.010.15100.001000342.010.151020135.2262537.79.05880.001001883.870.29630.001001883.870.296340144.4752575.29.182328.8542574.08.43660.001009167.510.572350149.0962593.99.241229.7832592.98.496114.8692591.88.173260153.7172612.79.2

19、98430.7122611.88.553715.3362610.88.231380162.9562650.39.408032.5662649.78.663916.2682648.98.3422100172.1922688.09.512034.4182687.58.768217. 1962686.98.4471120181.4262725.99.610936.2692725.58.867418.1242725.18.5466情況一：情況一： 已知（已知（p,t）查飽和表得已知壓力（或溫度）下的飽和溫查飽和表得已知壓力（或溫度）下的飽和溫度度ts(p)（或飽和壓力（或飽和壓力ps(t) ）：）：過

20、熱蒸氣）出干度飽和狀態(tài)或濕蒸氣（給未飽和水)()()(pttxpttpttsss 在濕蒸氣區(qū)，在濕蒸氣區(qū)，p、t不是兩個(gè)獨(dú)立的變量，因此不能由不是兩個(gè)獨(dú)立的變量，因此不能由p、t確定狀態(tài)點(diǎn)。這時(shí)還需要已知干度確定狀態(tài)點(diǎn)。這時(shí)還需要已知干度 x 。情況二：已知情況二：已知p（或（或t）及某一比參數(shù)）及某一比參數(shù)y（v或或s或或h）查飽和表得已知壓力（或溫度）下的查飽和表得已知壓力（或溫度）下的y、y”： 過熱蒸汽）濕蒸汽（算出干度未飽和水yyxyyyyyyyyyx 在濕蒸氣區(qū)干度及其它參數(shù)的的計(jì)算：在濕蒸氣區(qū)干度及其它參數(shù)的的計(jì)算：)()()(hhxhhssxssvvxvv 二、二、 水蒸氣的的水蒸氣的的t s圖圖 X=0X=1三、蒸氣的三、蒸氣的h-s圖圖飽和液線和飽和蒸氣線飽和液線和飽和蒸氣線定壓線簇定壓線簇定溫線簇定溫線簇定容線簇定容線簇定干度線定干度線(1)(1)焓熵圖的畫法焓熵圖的畫法（上界線上界線）、飽和液線（）、飽和液線（下下qTdsdhvdpp0hTsCCp0hTsC點(diǎn)為分界點(diǎn)，不在極值點(diǎn)上點(diǎn)為分界點(diǎn)，不在極值點(diǎn)上焓焓 熵熵 圖圖(2)(2)焓熵圖的畫法焓熵圖的畫法氣相區(qū)：離飽和態(tài)越遠(yuǎn)，越接近于理想氣體氣相區(qū)：離飽和態(tài)越遠(yuǎn)，越接近于理想氣體兩相區(qū)：兩相區(qū)：T、p一一對(duì)應(yīng)，一一對(duì)應(yīng)，T 線即線即