1、3-4 水蒸氣的飽和狀態和相圖水蒸氣的飽和狀態和相圖水蒸氣是實際氣體的代表水蒸氣是實際氣體的代表水蒸氣水蒸氣在空氣中含量極小，當作在空氣中含量極小，當作理想氣體理想氣體一般情況下，為一般情況下，為實際氣體實際氣體，使用圖表，使用圖表18世紀，蒸氣機的發明，是唯一工質世紀，蒸氣機的發明，是唯一工質直到內燃機發明，才有燃氣工質直到內燃機發明，才有燃氣工質目前仍是火力發電、核電、供暖、化工的工質目前仍是火力發電、核電、供暖、化工的工質優點優點: 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際氣體的代表是其它實際氣體的代表一、汽化與凝結一、汽化與凝結汽化汽化

2、: 物質由物質由液態轉變為氣態液態轉變為氣態的過程。的過程。蒸發：在液體表面進行蒸發：在液體表面進行 的汽化過程的汽化過程沸騰：在液體表面及內部進行的強烈沸騰：在液體表面及內部進行的強烈汽化過程。汽化過程。凝結：物質由凝結：物質由氣態轉變為液態氣態轉變為液態的過程。凝結的過程。凝結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、飽和狀態二、飽和狀態(Saturated state)飽和狀態飽和狀態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速度體中的凝結速度這時液體與蒸氣處于動態這時液體與蒸氣處于動態平衡狀態，稱為平衡狀態，稱為飽和

3、狀態飽和狀態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 處于飽和狀態的氣、液溫度相同，稱為飽和處于飽和狀態的氣、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。結論：結論：一定的飽和溫度對應于一定一定的飽和溫度對應于一定的飽和壓力，反之也成立，的飽和壓力，反之也成立，即兩者間存在單值關系即兩者間存在單值關系。三相點三相點固、液、氣三相共存的狀態固、液、氣三相共存的狀態 1) 當壓力低于當壓力低于ptp時，液相不可能存在，而只可能是氣時

4、，液相不可能存在，而只可能是氣 相或固相。相或固相。 ptp稱為三相點壓力，對應的飽和溫度稱為三相點壓力，對應的飽和溫度ttp稱為三相稱為三相點溫度。點溫度。 2) 三相點溫度和壓力是最低的飽和溫度和飽和壓力。三相點溫度和壓力是最低的飽和溫度和飽和壓力。 3) 各種物質在三相點的溫度與壓力分別為定值，但比體積各種物質在三相點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。水的三相點溫度和壓力值：水的三相點溫度和壓力值：PapKTtptp659.61116.273物質有三種聚集狀態：物質有三種聚集狀態：固態、液態、氣態固態、液態、氣態熱

5、力學面：熱力學面：以以p,v,T表示的物質各種狀態表示的物質各種狀態 的曲面的曲面水的三態：水的三態：冰、水、蒸汽冰、水、蒸汽水的熱力學面水的熱力學面兩相區兩相區單相區單相區氣氣液液固固pvT六個區：三個單相區、三個兩相區六個區：三個單相區、三個兩相區液液-氣氣固固-氣氣固固-液液pvT飽和線、三相線和臨界點飽和線、三相線和臨界點pv四個線：三個飽和線、一個三相線四個線：三個飽和線、一個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臨界點臨界點一個點：一個點：臨界點臨界點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上所用的水蒸氣

6、都是在定壓加熱工業上所用的水蒸氣都是在定壓加熱設備中產生的。一般經過三個階段：設備中產生的。一般經過三個階段：預熱階段預熱階段汽化階段汽化階段過熱階段過熱階段幾個名詞幾個名詞 飽和液飽和液(saturated liquid)處于飽和狀態的液體處于飽和狀態的液體： t = ts 干飽和蒸汽干飽和蒸汽(dry-saturated vapor; dry vapor ) 處于飽和狀態的蒸汽處于飽和狀態的蒸汽：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使未飽和液達飽和狀態的途徑：使未飽和液達飽和狀態的途徑：pt, tpptts不變，保持 pttpps不變，保持水蒸氣定壓發生過程圖及其原理水蒸氣定壓發生過程圖及其原理預熱階段預熱階段飽和水飽和水未飽和水（過冷水未飽和水（過冷水）狀態及狀態參數：狀態及狀態參數：hhssvvttconstps.hhssvvttconstps. 這個階段所需的熱量稱為液體熱這個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 . 這個階段所需的熱量稱為汽化潛熱這個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量分數，用定義：濕蒸汽中干飽和蒸汽的質量分數，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 . 這個階段所需的熱量稱為過熱熱這個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圖圖一點一點臨界點臨界點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三區液液汽液共存汽液共存汽汽五態五態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)對液態而言，對液態而言，T對對

10、v的影響比的影響比P的影響大，因而當的影響大，因而當P增加時，增加時，對應的飽和溫度增加，則飽和液體的比體積增大；對應的飽和溫度增加，則飽和液體的比體積增大；2)對汽態而言，正好相反，因而，隨著對汽態而言，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小；比體積減小；3)飽和液體線與飽和蒸汽線必相交于一點飽和液體線與飽和蒸汽線必相交于一點C(臨界點臨界點)臨界點：臨界點：當當ttcr時，無論壓力如何增加都不可能液化時，無論壓力如何增加都不可能液化水的臨界參數：水的臨界參數：kgmvMPapCtcrcrcr/003106. 0064.2299.3733一點：一點：二線：二線：

11、三區：三區：五態：五態：臨界點臨界點上界線和下界線上界線和下界線液態區、濕蒸汽區、過熱區液態區、濕蒸汽區、過熱區未飽和水、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參數的狀態參數水及水蒸氣的參數計算中不必求其絕對值，僅求水及水蒸氣的參數計算中不必求其絕對值，僅求其增量或減少量，故可規定一任意起點。國際水蒸其增量或減少量，故可規定一任意起點。國際水蒸氣會議規定，水的三相點即氣會議規定，水的三相點即273.16K的液相水作為的液相水作為基準點，規定其熱力學能及熵為基準點，規定其熱力學能及熵為0，即對于，即對于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、零點規定一、零點規定 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）（壓力不高時）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：飽和水狀態：在壓力與溫度較高時，水的在壓力與溫度較高時，水的cp變化不大，且變化不大，且h0也不也不能再認為零，故不能用上兩式計算能再認為零，故不能用上兩式計算ql和和s. shql隨壓力的升高而增大隨壓力的升高而增大（當水溫度小于（當水溫度小于100時，平均比熱容時，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，其各參數以的干飽和蒸汽，其各參數以v、h、s、u表示。汽表示。汽化潛熱為：化潛熱為：增加熱力學能增加熱力學能的熱量的熱量汽化時比體積增大汽化時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，此時溫度濕飽和蒸汽中部分為水部分為蒸汽，此時溫度t為為對應于對應于ps的飽和溫度，即的飽和溫度，即t=ts。因為。因為ts和和Ps互為相對互為相對應之數值，不是相互獨立的參數，僅應之數值，不是相互獨立的參數，僅ts和和Ps

15、不能決不能決定其狀態。通常采用干度定其狀態。通常采用干度x來決定其狀態。來決定其狀態。 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的復雜函數，故上式不宜用的復雜函數，故上式不宜用于工程計算于工程計算。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參數水與水蒸氣的狀態參數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，可根據參數間的一般關系計算得參數，可根據參數間的一般關系計算得到，如到，如u按按u=h-pv計算。計算。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所處的狀態判斷工質所處的狀態查相應的表或進行相應的計算查相應的表或進行相應的計算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飽飽和和參參數數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）出干度飽和狀態或濕蒸氣（給未飽和水)()()(pttxpttpttsss 在濕蒸氣區，在濕蒸氣區，p、t不是兩個獨立的變量，因此不能由不是兩個獨立的變量，因此不能由p、t確定狀態點。這時還需要已知干度確定狀態點。這時還需要已知干度 x 。情況二：已知情況二：已知p（或（或t）及某一比參數）及某一比參數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 在濕蒸氣區干度及其它參數的的計算：在濕蒸氣區干度及其它參數的的計算：)()()(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點為分界點，不在極值點上點為分界點，不在極值點上焓焓 熵熵 圖圖(2)(2)焓熵圖的畫法焓熵圖的畫法氣相區：離飽和態越遠，越接近于理想氣體氣相區：離飽和態越遠，越接近于理想氣體兩相區：兩相區：T、p一一對應，一一對應，T 線即線即