工程熱力學第七章lm第一頁，共三十三頁，2022年，8月28日第七章水蒸氣水的相變及相圖水蒸氣的定壓發生過程水蒸氣表和焓熵圖水蒸氣的基本熱力過程第二頁，共三十三頁，2022年，8月28日為什么研究水蒸氣？水蒸氣是各種熱力過程中廣泛應用的重要工質。1.水蒸氣容易獲得2.熱力參數適宜（膨脹性、傳熱性好）3.不污染環境應用廣泛1.18世紀，蒸氣機的發明，是唯一工質。2.直到內燃機發明，才有燃氣工質3.目前仍是火力發電、核電、供暖、化工的工質水蒸氣在空氣中含量極少時，當作理想氣體，一般情況下，為實際氣體，是實際氣體的典型代表。第三頁，共三十三頁，2022年，8月28日研究內容工程熱力學研究的主要內容：1.能量轉換的基本定律2.工質的基本性質與熱力過程3.熱功轉換設備、工作原理基本性質熱力過程水蒸氣的基本熱力過程水蒸氣的產生與變化規律定壓、定容定溫、定熵水蒸氣熱力狀態計算相變及相圖定壓發生過程水蒸氣表焓熵圖第四頁，共三十三頁，2022年，8月28日水的相變沸騰：表面和液體內部同時發生的汽化汽化：由液相轉變成氣相的物理過程凝結：與汽化相反的過程。蒸發：汽液表面上的汽化汽化升華：由固態直接轉變成氣態的物理過程凝華：與升華相反的過程。物質有三種聚集狀態：固相、液相、氣相水的三態：冰、水、蒸汽第五頁，共三十三頁，2022年，8月28日飽和狀態飽和狀態：汽化與凝結的動態平衡飽和溫度Ts飽和壓力ps一一對應放掉一些水，Ts不變，ps？Tspsps=1.01325barTs=100℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高壓鍋ps=1.6barTs=113.32℃第六頁，共三十三頁，2022年，8月28日水的相圖第七頁，共三十三頁，2022年，8月28日三相點與臨界點水的臨界點水的三相點三相態：固、液、汽三相共存的狀態。三相態是汽液共存的曲線的最低點，也稱三相點。臨界點：汽化曲線的上方端點，此時飽和汽和飽和液具有完全相同的性質，呈現為均勻的單相。臨界點：氣液兩相共存的最大壓力和最大溫度。高于臨界壓力時，液汽兩相的轉變不經歷兩相平衡共存的飽和狀態，變化中物質總是呈現出均勻的單相。第八頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣的定壓發生過程t<tst=tst=tst=tst>tsv<v’v=v’v=v’’v’<v<v’’v>v’’未飽和水飽和水飽和濕蒸汽飽和干蒸汽過熱蒸汽h<h’h=h’h=h’’h’<h<h’’h>h’’s<s’s=s’s=s’’s’<s<s’’s>s’’預熱汽化過熱第九頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣的pv圖和Ts圖s一點，二線，三區，五態第十頁，共三十三頁，2022年，8月28日飽和液相線與飽和氣相線相交的說明ptsv’(bar)v’’s’s’’kJ/(kg.K)0.0061121.05.050.0221.290.0199.63151.85263.92374.150.001000220.00104340.00109280.00128580.00326206.1751.69460.374810.039410.003260.01.30271.86042.92094.4299.15627.36086.82155.97124.429(bar)(℃)bdbd壓力增大，飽和溫度升高，水體積增加（液態水不可壓）壓力增大，飽和溫度升高，蒸汽比容減小（p比T影響大）第十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日定壓加熱線與飽和液相線接近的說明當忽略液體cp變化，不同的p，液體近似不可壓，v不變對每個不變的T第十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日濕蒸汽的描述——干度濕蒸汽：飽和溫度下形成的飽和液體與飽和蒸汽的混合物干度

x＝濕蒸汽中含干蒸汽的質量濕蒸汽的總質量（1-x）稱為濕度，表示濕蒸汽中飽和水的含量。特殊情況x＝0：干蒸汽含量為0，飽和液體（飽和液體線）x＝1：飽和水含量為0，干飽和蒸汽（飽和蒸汽線）在過冷水和過熱蒸汽區域，x無意義第十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸汽參數計算——獨立參數狀態公理：簡單可壓縮系統，兩個獨立參數未飽和水及過熱蒸汽：2個獨立參數，p，T飽和水及飽和蒸汽：p＝f（T），1個獨立參數，p或T濕飽和蒸汽：p，T不獨立，參數與兩相比例有關，p或T，干度x需要幾個已知條件才能確定水和水蒸氣的狀態？克拉貝龍方程：第十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣參數計算——零點的規定計算變化量，原則上可任取零點，國際上統一規定。1963，國際水蒸氣會議規定：以水物質在三相（純水的冰、水和汽）平衡共存狀態下的飽和水作為基準點，基準點的熱力學能和熵為0。但原則上不為0，對水：

水的三相點第十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣參數計算1.溫度為0.01℃，壓力為p的未飽和水水的壓縮性小，變化時，，，，2.溫度為ts℃，壓力為p的飽和水0.01℃ts℃定pql液體熱第十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣參數計算3.壓力為p的干飽和蒸汽4.壓力為p的濕飽和蒸汽第十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣表兩類，三種1.飽和水與飽和蒸汽表2.未飽和水和過熱蒸汽表——按壓力和溫度排列按溫度排列按壓力排列第十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日飽和水和飽和水蒸氣表按溫度排列按壓力排列第十九頁，共三十三頁，2022年，8月28日未飽和水與過熱蒸汽表第二十頁，共三十三頁，2022年，8月28日焓熵圖1、零點：h=0，s=0；2、飽和汽線（上界線）、飽和液線（下界線）3、等壓線群：兩相區pT=Const斜直線單相區sT向上翹的發散的形線C點為分界點，不在極值點上第二十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日焓熵圖hsCpx=1x=0pC第二十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日焓熵圖氣相區：離飽和態越遠，越接近于理想氣體兩相區：T、p一一對應，T

線即p線在x=0,x=1之間，從C點出發的等分線同理想氣體一樣，v線比p線陡4、定溫線T5、等容線v6、等干度線x大于0熱蒸汽區小于0第二十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日焓熵圖hsCx=1x=0pvTx第二十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣的基本熱力過程分析熱力過程的任務：揭示狀態變化規律與能量傳遞之間的關系，從而計算熱力過程中工質狀態參數的變化以及與外界交換的熱量與功量。分析蒸汽熱力過程的一般步驟：1.根據已知的初態參數求得其它狀態參數——蒸汽圖表2.根據過程特點和終態部分參數確定終態參數3.在熱力狀態圖中表示初終態和過程線——hs，Ts，pv4.計算熱量、功和熱力學能變化量。第二十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日計算方法水蒸氣與理想氣體的不同之處理想氣體狀態方程不能應用于水蒸氣的計算，水蒸氣是實際氣體，沒有適當且簡單的狀態方程式。水蒸氣的Cp，Cv，h，u都不是溫度的單值函數，而是p或v和T的復雜函數。不能采用分析方法計算求解狀態參數應用蒸汽性質圖表，結合熱力學基本關系式、熱力學第一定律第二十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日水蒸氣與理想氣體的不同第一定律與第二定律表達式均成立理想氣體特有的性質和表達式不能用可逆過程功及熱的表達式成立第二十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日定壓過程12鍋爐中水的加熱過程，水蒸氣冷凝過程均可視為定壓過程第二十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日定容過程12第二十九頁，共三十三頁，2022年，8月28日定溫過