氣體和蒸汽的性質(zhì)

氣體和蒸汽的性質(zhì)第1頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五水蒸氣是實(shí)際氣體的代表水蒸氣在空氣中含量極小，當(dāng)作理想氣體一般情況下，為實(shí)際氣體，使用圖表18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)目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)優(yōu)點(diǎn):便宜，易得，無毒，膨脹性能好，傳熱性能好是其它實(shí)際氣體的代表第2頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五一、汽化與凝結(jié)汽化:物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程。蒸發(fā)：在液體表面進(jìn)行

的汽化過程沸騰：在液體表面及內(nèi)部進(jìn)行的強(qiáng)烈汽化過程。凝結(jié)：物質(zhì)由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程。凝結(jié)的速度取決于空間蒸氣的壓力。第3頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五二、飽和狀態(tài)(Saturatedstate)飽和狀態(tài)液體分子脫離其表面的汽化速度氣體分子回到液體中的凝結(jié)速度＝這時液體與蒸氣處于動態(tài)平衡狀態(tài)，稱為飽和狀態(tài)飽和液體飽和蒸氣第4頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五飽和溫度和飽和壓力

處于飽和狀態(tài)的氣、液溫度相同，稱為飽和溫度ts，蒸汽的壓力稱為飽和壓力ps

ts上升，ps上升；

ps上升，ts上升。結(jié)論：一定的飽和溫度對應(yīng)于一定的飽和壓力，反之也成立，即兩者間存在單值關(guān)系。第5頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五三相點(diǎn)固、液、氣三相共存的狀態(tài)

1)當(dāng)壓力低于ptp時，液相不可能存在，而只可能是氣相或固相。ptp稱為三相點(diǎn)壓力，對應(yīng)的飽和溫度ttp稱為三相點(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。

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：第6頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五物質(zhì)有三種聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)熱力學(xué)面：以p,v,T表示的物質(zhì)各種狀態(tài)的曲面水的三態(tài)：冰、水、蒸汽第7頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五水的熱力學(xué)面兩相區(qū)單相區(qū)氣液固pvT六個區(qū)：三個單相區(qū)、三個兩相區(qū)液--氣固--氣固--液pvT第8頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五飽和線、三相線和臨界點(diǎn)pv四個線：三個飽和線、一個三相線飽和氣線三相線飽和液線飽和固線T臨界點(diǎn)一個點(diǎn)：臨界點(diǎn)第9頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五3-5水的汽化過程和臨界點(diǎn)第10頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五水的定壓加熱汽化過程工業(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)過三個階段：預(yù)熱階段汽化階段過熱階段第11頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五幾個名詞

飽和液(saturatedliquid)—處于飽和狀態(tài)的液體：t=ts

干飽和蒸汽(dry-saturatedvapor;dryvapor)—處于飽和狀態(tài)的蒸汽：t=ts

未飽和液(unsaturatedliquid)

—溫度低于所處壓力下飽和溫度的液體：t<ts

過熱蒸汽(superheatedvapor)

—溫度高于飽和溫度的蒸汽：t>ts,t–ts=d稱過

熱度(degreeofsuperheat)。

濕飽和蒸汽(wet-saturatedvapor;wetvapor)

—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：第12頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五水蒸氣定壓發(fā)生過程圖及其原理第13頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五預(yù)熱階段飽和水未飽和水（過冷水）狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)：這個階段所需的熱量稱為液體熱ql第14頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五汽化階段干飽和蒸汽飽和水濕(飽和)蒸汽這個階段所需的熱量稱為汽化潛熱g濕飽和蒸汽：飽和水與飽和蒸汽混合物第15頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五干度（dryness）（濕度

y=1–x）x01飽和液濕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w或x表示。第16頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五過熱階段過熱蒸汽干飽和蒸汽這個階段所需的熱量稱為過熱熱qsup。

t-ts稱為過熱度第17頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五相變圖第18頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五水定壓加熱汽化過程的p-v圖及T-s圖一點(diǎn)臨界點(diǎn)兩線上界限線下界限線三區(qū)液汽液共存汽五態(tài)未飽和水飽和水濕蒸汽干飽和蒸汽過熱蒸汽第19頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五分析：

p-v圖中可以看出：影響v的主要是P和T：對液態(tài)而言，T對v的影響比P的影響大，因而當(dāng)P增加時，對應(yīng)的飽和溫度增加，則飽和液體的比體積增大；對汽態(tài)而言，正好相反，因而，隨著P的增加，飽和蒸汽的比體積減?。伙柡鸵后w線與飽和蒸汽線必相交于一點(diǎn)C(臨界點(diǎn))第20頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五臨界點(diǎn)：當(dāng)t>tcr時，無論壓力如何增加都不可能液化水的臨界參數(shù)：第21頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五一點(diǎn)：二線：三區(qū)：五態(tài)：一點(diǎn)二線三區(qū)五狀態(tài)臨界點(diǎn)上界線和下界線液態(tài)區(qū)、濕蒸汽區(qū)、過熱區(qū)未飽和水、飽和水、濕蒸汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽第22頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五3-6水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)第23頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五

水及水蒸氣的參數(shù)計(jì)算中不必求其絕對值，僅求其增量或減少量，故可規(guī)定一任意起點(diǎn)。國際水蒸氣會議規(guī)定，水的三相點(diǎn)即273.16K的液相水作為基準(zhǔn)點(diǎn)，規(guī)定其熱力學(xué)能及熵為0，即對于t0=ttp=0.01°C、p0=ptp=611.659Pa的飽和水有：一、零點(diǎn)規(guī)定第24頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五忽略水的壓縮性，即比體積v不變，又溫度不變，則:

uo=u0’=0,w=0q=0

熵也不變，

so=so’=0,h0=uo+p0v0=0（壓力不高時）二、溫度為0.01℃、壓力為p的過冷水第25頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五三、溫度為t、壓力為p的飽和水飽和水狀態(tài)：在壓力與溫度較高時，水的cp變化不大，且h’0也不能再認(rèn)為零，故不能用上兩式計(jì)算ql和s’.隨壓力的升高而增大（當(dāng)水溫度小于100℃時，平均比熱容cp≈4.1868kJ/(kg·K)）第26頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五四、壓力為p的干飽和蒸汽加熱飽和水，全部汽化后成為壓力為p、溫度為ts的干飽和蒸汽，其各參數(shù)以v’’、h’’、s’’、u’’表示。汽化潛熱為：增加熱力學(xué)能的熱量汽化時比體積增大用以膨脹功的熱量第27頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五五、壓力為p的濕飽和蒸汽濕飽和蒸汽中部分為水部分為蒸汽，此時溫度t為對應(yīng)于ps的飽和溫度，即t=ts。因?yàn)閠s和Ps互為相對應(yīng)之?dāng)?shù)值，不是相互獨(dú)立的參數(shù)，僅ts和Ps不能決定其狀態(tài)。通常采用干度x來決定其狀態(tài)。第28頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五超過ts之值稱為過熱度，即t–ts。過熱熱量qsup為因過熱蒸汽的cp是p、t的復(fù)雜函數(shù)，故上式不宜用于工程計(jì)算。六、壓力為p的過熱蒸汽第29頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五3-7水蒸氣表和圖第30頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五3-7水蒸氣表和圖水與水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)p、v、t、h、s均可從水蒸氣圖表中查到，圖表中沒有的參數(shù)，可根據(jù)參數(shù)間的一般關(guān)系計(jì)算得到，如u按u=h-pv計(jì)算。第31頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五一、水蒸氣表飽和水及干飽和蒸汽表（表3－6）未飽和水及過熱蒸汽表（表3－7）查表的目的蒸氣表判斷工質(zhì)所處的狀態(tài)查相應(yīng)的表或進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算第32頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五1.飽和水和干飽和蒸汽表（表3－6）第33頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五2.未飽和水和過熱蒸汽表（表3－7）p0.001MPa0.005MPa0.01MPa飽和參數(shù)ts=6.949℃v’=0.0010001,v”=129.185h’=29.21,h”=2513.3s’=0.1056,s”=8.9735ts=32.879℃v’=0.0010053,v”=28.191h’=137.72,h”=2560.6s’=0.4761,s”=8.3930ts=45.799℃v’=0.0010103,v”=14.673h’=191.76,h”=2583.7s’=0.6490,s”=8.1481tvhsvhsvhs℃m3/kgkJ/kgkJ/(kg·K)m3/kgkJ/kgkJ/(kg·K)m3/kgkJ/kgkJ/(kg·K)00.0010002-0.05-0.00020.00100020.0010003-0.05-0.00020.0010002-0.04-0.000210130.5982519.08.993842.010.15100.001000342.010.151020135.2262537.79.05880.001001883.870.29630.001001883.870.296340144.4752575.29.182328.8542574.08.43660.001009167.510.572350149.0962593.99.241229.7832592.98.496114.8692591.88.173260153.7172612.79.298430.7122611.88.553715.3362610.88.231380162.9562650.39.408032.5662649.78.663916.2682648.98.3422100172.1922688.09.512034.4182687.58.768217.1962686.98.4471120181.4262725.99.610936.2692725.58.867418.1242725.18.5466第34頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五情況一：已知（p,t）查飽和表得已知壓力（或溫度）下的飽和溫度ts(p)（或飽和壓力ps(t)）：特別注意：在濕蒸氣區(qū)，p、t不是兩個獨(dú)立的變量，因此不能由p、t確定狀態(tài)點(diǎn)。這時還需要已知干度x。第35頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五情況二：已知p（或t）及某一比參數(shù)y（v或s或h）查飽和表得已知壓力（或溫度）下的y’、y”：在濕蒸氣區(qū)干度及其它參數(shù)的的計(jì)算：第36頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五二、水蒸氣的的t–s圖

X=0X=1第37頁，共43頁，2023年，2月20日，星期五三、蒸氣的h-s圖飽和