水和水蒸气的性质课件.ppt

1、水蒸气水蒸气在空气中含量极小，可当作在空气中含量极小，可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，传热性能好物质有三种聚集状态：固态、液态、气态物质有三种聚集状态：固态、液态、气态水的三态：水的三态：冰、水、蒸冰、水、蒸 汽汽 自然界中大多数纯物质都以三种聚集态存在：自然界中大

2、多数纯物质都以三种聚集态存在：固相、液相、气相，如固相、液相、气相，如CO2、H2O等。物质的等。物质的存在状态与它存在的环境有关，如水低温时呈存在状态与它存在的环境有关，如水低温时呈固态，高温时呈气态。固态，高温时呈气态。现以水为例分析纯物质的三态变化。现以水为例分析纯物质的三态变化。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、气态气态水的三态：水的三态：冰冰、水水、蒸汽蒸汽固态气态液态ab段段 冰的定压加热冰的定压加热 b为融点为融点be段段 水的定压加热水的定压加热 e为沸点为沸点el段段 气的定压加热气的定压加热 当压力变化时，当压力变化时，b,e点位置相点位置相应变化

3、。将不同压力下的融点及应变化。将不同压力下的融点及沸点连接起来，就得到融解线沸点连接起来，就得到融解线AB和汽化线和汽化线AC。融解线融解线AB 显示显示与与的关系，的关系，它划分了它划分了态与态与态的区域。态的区域。汽化线汽化线AC 显示了显示了与与的关系，的关系，划分了划分了态与态与态的区域。态的区域。升华线升华线AD 表示表示与与的关系的关系 划分了划分了态与态与态的区域。态的区域。这三线称为相平衡曲线这三线称为相平衡曲线a固态气态液态ab段段 冰的定压加热冰的定压加热 b为融点为融点be段段 水的定压加热水的定压加热 e为沸点为沸点el段段 气的定压加热气的定压加热 当压力变化时，当压

4、力变化时，b,e点位置相点位置相应变化。将不同压力下的融点及应变化。将不同压力下的融点及沸点连接起来，就得到融解线沸点连接起来，就得到融解线AB和汽化线和汽化线AC。AC线上方端点线上方端点C是临是临.如如ttc,则无论压力多大都不能使它变为则无论压力多大都不能使它变为液体。液体。当压力降低时，当压力降低时，AB与与AC两线逐渐接近，并交于两线逐渐接近，并交于A点。点。A点是固、液、汽三态共存的状态，称为点是固、液、汽三态共存的状态，称为。若在低于三相点的压力之下对冰定压加热（若在低于三相点的压力之下对冰定压加热（m点），当点），当t到一到一定的值定的值td，冰将从固相直接变为气相，冰将从固相

5、直接变为气相将不同压力下时对应的升华温度点将不同压力下时对应的升华温度点d相连就得到升华曲线相连就得到升华曲线AD。apT液相液相气相气相固相固相三相点三相点TP临界点临界点c 流体流体升华线升华线溶解线溶解线汽化线汽化线coc3c22.129MPa647.30K (374.15 C)m0.00326kgpTv水的临界点状态：水的临界点状态：气液两相共存的气液两相共存的pmax,Tmaxc临界点临界点三相点三相点（固、气、液）一个物质（固、气、液）一个物质有唯一的三相点，如水的：有唯一的三相点，如水的：tptp611.2Pa,273.16KpTP图中图中AB、AC、AD三线将图分三线将图分成三

6、个单相区，线上两相，成三个单相区，线上两相，A点三相。点三相。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体流体流体流体升华线升华线 升升 华线华线溶解线溶解线溶解线溶解线汽化线汽化线 汽汽 化线化线没有。没有。t tc=374.16 有有.有没有有没有500C的水的水？.有没有有没有-3 的蒸的蒸 汽汽？tptp611.2Pa,273.16KpT(只有在沸点时只有在沸点时,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）1.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

7、：汽液表面上的汽化汽液表面上的汽化(任何温度任何温度)汽化汽化饱和状态饱和状态：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Tspsps=1.01325barTs=100 青藏青藏ps=0.6barTs=85.95 高压锅高压锅ps=1.6barTs=113.32 若在一定压力下，对液体加热，当若在一定压力下，对液体加热，当T达到该达到该P对应的饱和温度对应的饱和温度ts时，液体内部产生大量气泡时，液体内部产生大量气泡（开锅），这些气泡不断产生，扩大，上升到（开锅），这些气泡不断产生，扩大，上升到液面破裂，随之大量蒸气进入液面上方的空间，液面

8、破裂，随之大量蒸气进入液面上方的空间，这就是这就是沸腾沸腾，它是液体内部发生的急剧汽化过，它是液体内部发生的急剧汽化过程。程。相应压力所对应的饱和温度，就是相应压力所对应的饱和温度，就是沸点沸点。不同的压力将有不同的沸点，不同的压力将有不同的沸点，ts和和Ps 一一对应。一一对应。（高压锅的好处）。（高压锅的好处）。沸腾现象不仅可用沸腾现象不仅可用加热加热方法实现，用方法实现，用减压减压的的方法也可以。若将高温水减压，使其压力降低方法也可以。若将高温水减压，使其压力降低到对应热水温度的饱和压力以下时也会达到沸到对应热水温度的饱和压力以下时也会达到沸腾状态。（腾状态。（90水内地不沸腾，高原上就

9、是沸水内地不沸腾，高原上就是沸腾的）腾的）fmxmmvv干饱和蒸汽质量湿饱和蒸汽质量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无意义无意义干饱和蒸汽定压过热阶段干饱和蒸汽定压过热阶段.干饱和蒸汽干饱和蒸汽过热汽过热汽 t ts 过热度过热度t tsv vv=vv=vv v v未饱和水未饱和水饱和水饱和水 饱和湿蒸汽饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽饱和干蒸汽 过热蒸汽过热蒸汽h hh=hh=hh h hs ss=ss=ss s s1 水预热水预热2 汽化汽化3

10、 过热过热饱和饱和干饱和干饱和S：饱和：饱和V未饱和未饱和(1)()QUWUpdVUp VUpVH (2)fg0SSS (3)理想气体理想气体()hf T汽化时，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cpcTcTABCACBcTTcTT cppcpp3a3b3d3e3c3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e2c2a2b2d2e1c1a1b1d1e1c1a1b1d1eTs二、水蒸气的二、水蒸气的p-v图，图，T-s图图 127pvcp一点，二线，三区，五态一点，二线，三区

11、，五态cpcTABCcTTcpp3a3b3d3e3c2c2a2b2d2ep-v图上的水蒸气定压加热过程图上的水蒸气定压加热过程pv因为全过程压力一定因为全过程压力一定,所以所以在在P-V图上是一直线图上是一直线a1b1 处于未饱和水状态处于未饱和水状态,水预热过程水预热过程.b1d1 湿饱和汽状态湿饱和汽状态 是是饱和水汽化过程饱和水汽化过程.d1e1 过热汽状态过热汽状态.a1 b1 c1 d1 各点的状态分别各点的状态分别是是未饱和水未饱和水,饱和水饱和水,湿饱和湿饱和汽汽,干饱和汽干饱和汽,过热汽过热汽(5种）1c1a1b1d1eACBcTT cpp3a3b3d3e3c2c2a2b2d2

12、e1c1a1b1d1eTscp在在T-S图中，图中，1及阶段及阶段ab1,d1e1 都是吸热都是吸热 dT0 dS0.图形为右上凹的图形为右上凹的对数曲线对数曲线,而阶段汽化过程而阶段汽化过程b1d1,Ts不变不变.是一是一水平线水平线.在不同的压力下在不同的压力下(t0不变不变)重重复上述试验复上述试验,可得到一系列的定可得到一系列的定P下水蒸汽的发生过程下水蒸汽的发生过程.将各个过程的相应状将各个过程的相应状态点连接起来态点连接起来,就得到就得到两条重要的曲线两条重要的曲线:饱和液线饱和液线AC(下界线下界线)a1b1b2b3.(左为液左为液相相,未饱和液区未饱和液区,右为湿右为湿汽区汽区

13、)饱和汽线饱和汽线BC(上界线上界线)d1d2d3 (右为过热右为过热蒸汽区蒸汽区,左为湿汽区左为湿汽区)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ACBcTT cpp3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e1c1a1b1d1eTscpT-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湿蒸汽的总质量量湿蒸汽中含干蒸汽的质干度xptsv(bar)vsskJ/(kg.K)0.0061120.01 0.00100022 206.1750.09.15621.099.63 0.00104341.6946 1.3027 7.36085.0151.85 0.00109280.374811.8

14、604 6.821550.0263.92 0.00128580.03941 2.9209 5.9712221.29374.15 0.003260.00326 4.4294.429(bar)()bdbd1、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，还需其它参数外，还需其它参数x（与两相比例有关）（与两相比例有关）但但 原则上不为原则上不为0，对此时的水：对此时的水：pvuh3m611.2 0.00100022apPvkg00006.06.0kg

15、kJkgJpvuh焓、内能、熵零点的规定焓、内能、熵零点的规定（A点）点）国际上统一规定国际上统一规定(1963)以纯水在以纯水在三相点三相点(纯水的纯水的冰、水和汽冰、水和汽)平衡共存状态下的饱和水作为基准点，平衡共存状态下的饱和水作为基准点，这时的饱和水的这时的饱和水的u和和s都都0（饱水饱水 饱气饱气）0s 0u 01C.0K16.273T qLhh oh0h 吸热焓增吸热焓增按水的平均比热按水的平均比热 CPm 4.1868 kJ/(kgk)qLhCPm(t s0.01)4.1868 t s 当当P与与T较高时，较高时，CP变化较大，变化较大，ho0不能用上式计算不能用上式计算ql和和

16、sspmspslndsTTcTrsTTcTrssTT 当当 当当TS273.16hh+uhP SS+/Ts)()1(xvvxvvxvxv vxv xxrhhhxhhxhxh )()1(xsx)()1(Trxsssxssxsxs xxxpvhu（当p不太大，x不太小时）5压力为压力为P的湿饱和蒸汽的湿饱和蒸汽这时，P、T s不是相互独立的参数，仅已知P、Ts还不能确定湿蒸汽的状态，须再有一个表示湿蒸汽成分的参数，才能使之确定，这个参数就是干度x。)(spmttchh pvhuspmspslndsTTcTrsTTcTrssTT)(spmttc两类两类2、未饱和水和过热蒸汽未饱和水和过热蒸汽表表1、

17、饱和水和饱和蒸汽、饱和水和饱和蒸汽表表1、按温度排列的、按温度排列的饱和水与饱和水蒸气饱和水与饱和水蒸气表表 附表附表12、按压力排列的、按压力排列的饱和水与饱和水蒸气饱和水与饱和水蒸气表表 附表附表23、按压力和温度排列的、按压力和温度排列的未饱和水与过热蒸汽未饱和水与过热蒸汽表。表。附表附表3。三种三种：P267o/CtKT/aMPp/kgmv/3kgmv/3kgkJh/kgkJh/)(/KkgkJs)(/KkgkJs01.010020030016.273000611.000100022.0175.2060.2501000614.00000.01562.915.373101325.0001

18、0437.06738.13.267606.4193069.13564.715.4735551.10011565.04.82512714.04.27913307.24289.615.5735917.80014041.002162.04.13454.27482559.37038.5kgmv/3kgmv/3kgkJh/kgkJh/)(/KkgkJs)(/KkgkJso/Ct982.663.9988.17996.3105.24840010001.0208.1298.251333.291060.02.22580010434.06946.17.267551.4173027.14.20140011274.0

19、6.76219430.00.27778.1315aMPp/001.01.00.1100014526.001800.06.14084.27249756.83608.71382.25847.63616.36143.5kgkJr/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 vtvhsvhs04080600010002.00.00001.00010002.00.00001.05.16700

20、10078.04.1675729.00010078.05721.08310.01.2510010171.01752.83.261134.1527.163.26493437.8119.88.26470205.84.2724052.95479.84.272512.182261.8120)1()1()1(sxxssvxxvvhxxhh)1(yxxyy 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,s)+干度干度xh,v,s

21、汽汽x与水与水(1-x)参数与分额的乘积之和参数与分额的乘积之和三、水蒸气的焓三、水蒸气的焓-熵熵(h-s)图图 由于水蒸气表所给出的数据是不连续的，由于水蒸气表所给出的数据是不连续的，有时需用内插法求值，同时在分析过程中还可有时需用内插法求值，同时在分析过程中还可能发生跨越两相的变化过程，这样使用水蒸气能发生跨越两相的变化过程，这样使用水蒸气表也有不便，不直观。为更方便计算常利用水表也有不便，不直观。为更方便计算常利用水蒸气表中所列数据制成状态参数坐标图。用起蒸气表中所列数据制成状态参数坐标图。用起来就更加简便。来就更加简便。根据水蒸气各参数间的关系及实验数据制根据水蒸气各参数间的关系及实验

22、数据制成图线，称为水蒸气线图。成图线，称为水蒸气线图。水蒸气线图有很多水蒸气线图有很多种，这里介绍种，这里介绍ShPtCxx=1x=0hSABh-s图（上界线上界线x=1）；饱和液线（）；饱和液线（下下00qTdsdhvdpp0hTs 斜直线斜直线 向上翘的发散的形线向上翘的发散的形线 气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体 趋于水平趋于水平两相区：两相区：T、p一一对应，一一对应，T 线即线即 p 线线4、定温线定温线 T同理想气体一样，同理想气体一样，v 线比线比 p 线陡线陡5、等容线等容线v在在x=0,x=1之间，之间，x=常数的线常数的线（湿区才

23、有（湿区才有)6、等干度线等干度线x7、等焓线、等熵线等焓线、等熵线同理想气体一样，同理想气体一样，v 线比线比 p 线陡线陡.在湿区，定压线是一条直线在湿区，定压线是一条直线(PS一定一定)，定温线是一条，定温线是一条直线直线(t S一定一定)与定压线重合与定压线重合 p133例例、临界、临界点点c低于干低于干饱和蒸汽饱和蒸汽线的最高线的最高点，它的点，它的状态不是状态不是饱和和蒸饱和和蒸汽焓的极汽焓的极大值大值。结论结论、任务：任务：1.确定初终态参数，确定初终态参数，2.计算过程中的功、热内能计算过程中的功、热内能q、w、u的变化。的变化。在在p-v、T-s、h-s图上表示图上表示计算方

24、法与理想气体完全不同：计算方法与理想气体完全不同：理气用状态方程各参数间关系分析求解。理气用状态方程各参数间关系分析求解。蒸汽（实际气体）用查图、表的方法，再结合热力学蒸汽（实际气体）用查图、表的方法，再结合热力学基本关系式、热一律。基本关系式、热一律。基本热力过程基本热力过程 p s T v 基本热力过程：定容、定压、定温、绝热四种基本热力过程：定容、定压、定温、绝热四种分析蒸汽热力过程的一般步骤为：分析蒸汽热力过程的一般步骤为：1.用蒸汽图表由初态的两个已知参数用蒸汽图表由初态的两个已知参数定初终态定初终态的状态点的状态点求其它参数。求其它参数。2.根据题示的过程性质，如压力不变根据题示的

25、过程性质，如压力不变,加上另一加上另一个终态参数即可在图上确定进行的方向和个终态参数即可在图上确定进行的方向和终态点终态点,并读得终态参数。并读得终态参数。3.根据已求得的初、终态参数，应用热力学第根据已求得的初、终态参数，应用热力学第一和第二定律等基本方程计算一和第二定律等基本方程计算过程量过程量q、w u第一定律与第二定律表达式均第一定律与第二定律表达式均 成立成立理想气体特有的性质和表达式不能用于水蒸理想气体特有的性质和表达式不能用于水蒸 气气tqdhwqduwwpdvtwvdp qTdsiso0dspvRT()uf T()hf T22p11lnlnTpscRTp pvccRp1kcRk

26、v11cRk可逆可逆 q=h=h2-h1 第一定律第一定律 u=h-p(v2-v1)W=q-u=p(v2-v1)wt=0（dp=0）342pv1qhvdp 锅炉、换热器锅炉、换热器tqdhwqduw342pv1例：锅炉中，水从例：锅炉中，水从40 （水），（水），3MPa,定压加定压加热到热到400（气）。求过程吸热（气）。求过程吸热q q=h2-h1=3230.1-170.15=3059.95kJ/kg（查表（查表p274）P136例例7-3；7-5ts(3MPa)=233.893例：例：水从水从40，3MPa,定压加热到定压加热到400 q=h2-h12Tshs2h1=170.15 kJ/

27、kg h2=3230.1 kJ/kgh2h1134143=3059.95kJ/kg图图7-13 水蒸气的不可逆绝热过程水蒸气的不可逆绝热过程 图图7-12 水蒸气的可逆绝热水蒸气的可逆绝热(定熵定熵)过程过程 0quwhwt)(112212vpvphhup12pvp2不可逆过程（熵增）：不可逆过程（熵增）：汽轮机、水泵汽轮机、水泵12可逆过程（定熵）：可逆过程（定熵）：1 2 1 2t12whhh SP136例7-5汽轮机、水泵汽轮机、水泵q=0t12whh212Ts不可逆过程：不可逆过程：?s s 0 0 可逆过程可逆过程?s=0：st12whhp1p2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不可逆过程功小不可逆过程功小)(12ssTquqwhqwt)(112212vpvphhupv实际设备中很少见实际设备中很少见TCTcT当远离饱线时，接当远离饱线时，接近于近于理想气体理想气体12Tshs122理想气体理想气体 可逆过程：可逆过程：qTdsT stwqh1-2实际气体实际气体 1-2vvvpw0duq)(1212ppvhhu)(d21t21ppvpvwpp实际设备中不常见实际设备中不常见12pv1TshspT212vpv