對熱工學(xué)基礎(chǔ)中水蒸氣一章教學(xué)內(nèi)容的探討

本文格式為Word版，下載可任意編輯——對熱工學(xué)基礎(chǔ)中水蒸氣一章教學(xué)內(nèi)容的探討熱工學(xué)基礎(chǔ)是暖通制冷和熱能動力工程專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課，對學(xué)好專業(yè)起著至關(guān)重要的作用，而這其中水蒸氣一章又是重中之重，他不僅在熱能動力工程中應(yīng)用廣泛，而且也大量用于暖通空調(diào)中。這是由于水蒸氣具有良好的熱力性質(zhì)，并且具有極易取得、價(jià)格低廉、對人體無害、對環(huán)境沒有污染等眾多優(yōu)點(diǎn)。因此，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)好本章內(nèi)容，對提高本專業(yè)學(xué)生素質(zhì)、打下堅(jiān)實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)有著十分重要的作用。

一、搞明白水蒸氣的性質(zhì)

氣體在熱工學(xué)基礎(chǔ)中分為理想氣體和實(shí)際氣體，那么水蒸氣終究屬于那一類。首先理想氣體是一種假象氣體，他必需滿足兩個(gè)假定條件：一是氣體分子本身不占有體積；二是氣體分子間沒有相互作用力。在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)際存在的氣體不可能完全符合理想氣體的假定條件。但對于壓力不是太高、溫度不太低、體積比較大且距離它的液體狀態(tài)較遠(yuǎn)的氣體，做這樣的假想完全能滿足工程精度的要求。可以完全認(rèn)為是理想氣體。例如氧、氫、氮、一氧化碳等這些氣體都可以視為理想氣體。但是工程上應(yīng)用的水蒸氣，大多是剛剛脫離液態(tài)或離液態(tài)較近，其分子之間的相互作用力及分子本身所占有的體積均不能忽略，因此，不能把水蒸氣當(dāng)作理想氣體來對待，應(yīng)視為實(shí)際氣體。由于水蒸氣的性質(zhì)比理想氣體繁雜的多，所以描述他的實(shí)際氣體狀態(tài)方程式往往十分繁雜，應(yīng)用起來很不便利。在工程計(jì)算中都是用水蒸氣表或焓熵圖來確定狀態(tài)參數(shù)值的。水蒸氣的圖表都是通過大量試驗(yàn)，并結(jié)合理論公式的分析計(jì)算而得到的。為了能熟練的把握應(yīng)用水蒸氣圖表確定水蒸氣狀態(tài)參數(shù)，必需弄清一些有關(guān)水蒸氣基本概念和水蒸氣的產(chǎn)生過程。

二、理解有關(guān)水蒸氣的基本概念

有關(guān)水蒸氣的基本概念較多，但只要認(rèn)真聽講都很好理解。譬如，水的狀態(tài)有三種，即氣、液、固三種。這三種狀態(tài)隨溫度和壓力的改變是可以相互轉(zhuǎn)化的。例如，在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓常溫下，水是液態(tài)，但是當(dāng)溫度升高到100℃時(shí)，水就變成水蒸氣成為氣態(tài)，而當(dāng)溫度降到0℃時(shí)，水就要結(jié)冰成為固態(tài)。根據(jù)水的狀態(tài)變化就產(chǎn)生了汽化與液化的概念。其中由水變成水蒸氣的過程叫汽化，汽化形式又分為蒸發(fā)和沸騰。由水蒸氣變成水的過程叫液化。液化速度取決于蒸汽的壓力，而汽化速度取決于液體的溫度。當(dāng)汽化速度和液化速度相等時(shí)，雖然液化和汽化仍在進(jìn)行，但氣相空間的蒸汽分子數(shù)不再增加，氣液兩相處于動態(tài)平衡，這種狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)；此狀態(tài)下的蒸汽稱為飽和水蒸汽；液體稱為飽和液體；蒸汽的壓力稱為飽和壓力；汽、液的溫度稱為飽和溫度。

三、把握水蒸氣的定壓發(fā)生過程

通過對水蒸氣的定壓發(fā)生過程的學(xué)習(xí)，使得同學(xué)們從根本上理解水蒸氣表和水蒸氣焓熵圖的繪制原理。目前工程上所用的水蒸氣都是在鍋爐中把水在一定的壓力下加熱產(chǎn)生的。水蒸氣的定壓發(fā)生過程一般包括三個(gè)階段：水的預(yù)熱過程，飽和水的汽化過程和飽和蒸汽的過熱過程。

水的預(yù)熱過程是將水在一定的壓力下由未飽和水加熱到飽和水的過程。在一定壓力下，水開始加熱，此時(shí)水的溫度低于該壓力下的飽和溫度，此時(shí)的水叫未飽和水；繼續(xù)加熱，當(dāng)溫度達(dá)到該壓力下的飽和溫度時(shí)，水溫就不再升高，此時(shí)的水叫飽和水。

飽和水的汽化過程是將飽和水在一定的壓力下加熱到飽和蒸汽的過程。對飽和水繼續(xù)加熱，飽和水開始沸騰，在定溫下產(chǎn)生蒸汽而形成飽和水和飽和蒸汽的混合物，這種混合物稱為濕飽和蒸汽。再繼續(xù)加熱，飽和水全部汽化為蒸汽，這種蒸汽稱為干飽和蒸汽。

飽和蒸汽的過熱過程是將干飽和蒸汽在一定的壓力下加熱到過熱蒸汽的過程。對干飽和蒸汽繼續(xù)加熱，其溫度進(jìn)一步升高，此時(shí)的蒸汽稱為過熱蒸汽。

從以上可以看出，在壓力一定時(shí)，水在加熱過程中共經(jīng)歷了五種狀態(tài)：未飽和水狀態(tài)、飽和水狀態(tài)、濕蒸汽狀態(tài)、干飽和蒸汽狀態(tài)和過熱蒸汽狀態(tài)。若在不同的壓力下重復(fù)上述試驗(yàn)，可得到相像的汽化過程，依此類推。將其不同壓力下的發(fā)生過程分別表示在p-v圖與h-s圖上，將不同壓力下飽和水的狀態(tài)點(diǎn)相連成一條曲線稱為飽和水線，或者下界限；將不同壓力下的飽和蒸汽狀態(tài)點(diǎn)連成一條曲線，稱為飽和蒸汽線，或者上界限。隨著壓力的升高下界限和上界限之間的距離越來越短，當(dāng)達(dá)到某一壓力時(shí)，氣化過程將縮為一點(diǎn)，該點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)。在臨界點(diǎn)上，飽和水、濕蒸汽、飽和蒸汽的共為一點(diǎn)，也就是達(dá)到了汽水無法區(qū)別的狀態(tài)。此壓力稱為臨界壓力，此溫度稱為臨界溫度。

從上面的分析可以看出：水的定壓發(fā)生過程可以概括為：一點(diǎn)（臨界點(diǎn)），兩線（飽和水線，飽和蒸汽線），三區(qū)（未飽和水區(qū)，濕蒸汽區(qū)，過熱蒸汽區(qū)），五狀態(tài)（未飽和水狀態(tài)，飽和水狀態(tài)，濕蒸汽狀態(tài)，干飽和蒸汽狀態(tài)，過熱蒸汽狀態(tài)）。

四、熟練把握水蒸氣基本熱力過程的計(jì)算

為了解決熱工計(jì)算問題，人們經(jīng)過大量的實(shí)踐得出試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過兩種方法解決水蒸氣狀態(tài)參數(shù)問題，分別是水和水蒸氣表、焓熵圖。特別是焓熵圖應(yīng)用最為廣泛，適用性最強(qiáng)。在h-s圖中主要