水和水蒸氣的性質(zhì)

關(guān)于水和水蒸氣的性質(zhì)第1頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月水和水蒸氣是實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，為實際氣體，使用圖表18世紀(jì)，蒸氣機的發(fā)明，是唯一工質(zhì)直到內(nèi)燃機發(fā)明，才有燃氣工質(zhì)目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)

優(yōu)點: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第2頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月§6-1純物質(zhì)的熱力學(xué)面及相圖物質(zhì)三種聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)水的三態(tài)：冰、

水、

蒸汽Puresubstance

Solid

Liquid

Gas

Ice

Water

Steam

第3頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

任何一種物質(zhì)都可以經(jīng)歷下列所述的相變.Anykindofsubstancemayundergovarioustypesofphasechangesasfollowing:

溶解(Fusion/melting)=solidtoliquid凝固(Freezing)=liquidtosolid氣化(Vaporization)=liquidtogas凝結(jié)(Condensation)=gastoliquid升華(Sublimation)=solidtogasPhasechanges(相變):第4頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月純物質(zhì)的p-T相圖ppTT液液氣氣固固水一般物質(zhì)三相點三相點臨界點臨界點流體流體升華線升華線融解線融解線汽化線汽化線第5頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月p-Tdiagram

ofpuresubstancespTLiquidVaporSolidTriplepointCriticalpointFluidSublimationMeltingVaporization第6頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月Thesublimationline

separatesthesolidandvaporregions;Thevaporizationlineseparatestheliquidandvaporregions;itendsatthecriticalpoint.Themeltinglineseparatesthesolidandliquidregions;Thethreelinesmeetatthetriplepoint.Triplepoint(三相點）：allthreephasescoexistinequilibrium.(三種相態(tài)以平衡共存)Criticalpoint(臨界點):

Thepointatwhichthesaturatedliquidandsaturatedvaporstatesareidentical.

Nodistinctioncanbemadebetweenliquidandvaporphasesabovethecriticalpoint.(臨界點就是氣相與液相一致的狀態(tài)點,溫度高于臨界點之上,氣相與液相沒有明顯的區(qū)別)

第7頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月臨界點Criticalpoint水的臨界點狀態(tài)飽和液線與飽和氣線的交點氣液兩相共存的pmax,Tmax等溫線是鞍點臨界點第8頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

思考題3.有沒有500oC的水？1.溜冰冰刀2.北方冬天晾在外邊的衣服，是否經(jīng)過液相4.有沒有-3℃

的蒸汽？5.一密閉容器內(nèi)有水的汽液混合物，對其加熱，是否一定能變成蒸汽？第9頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)習(xí)：純物質(zhì)的p-T相圖ppTT液液氣氣固固水一般物質(zhì)三相點三相點臨界點臨界點流體流體SubstancesthatexpandandcontractonfreezingdifferonlyinthemeltinglineontheP-Tdiagram.第10頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月飽和線、三相線和臨界點pv飽和氣線三相線飽和液線飽和固線T臨界點第11頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月VaporandLiquid(汽相和液相)鍋爐汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器過熱器因固相不流動，更關(guān)心汽液兩相冰蓄冷第12頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月§6-2汽化與飽和氣化(Vaporization):

由液態(tài)變成氣態(tài)的物理過程

(不涉及化學(xué)變化)TheProcessof

Changingfromliquidintogas/vaporiscalled

vaporization.

凝結(jié)(Condensation)：

由氣態(tài)變成液態(tài)的物理過程

Theprocessofchangingfromgas/vaporintoliquidiscalled

Condensation6.2.1汽化與凝結(jié)

第13頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月Therateofcondensationdependsuponthedensityofvaporinthespaceabovetheliquid.(凝結(jié)的速率取決于液面上方氣相空間氣體分子的密度,即蒸氣壓力)Liquidmoleculehastoovercomethesurfacetensiontobecomevapor,thereforevaporizationconsumesenergy.(液相分子必須克服表面張力才能進入氣相空間而氣化,因此氣化是要耗能的)TherateofVaporizationdependsontheliquidtemperature.(氣化的速率取決于液相的溫度)第14頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月TheequilibriumiscalledSaturationState.(飽和狀態(tài)）

Thepropertiesatthisstateiscalled

SaturationProperties.(飽和參數(shù)）第15頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.2飽和狀態(tài)Saturationstate飽和狀態(tài)：汽化與凝結(jié)的動態(tài)平衡Attheequilibriumstate,thepressurecorrespondingtoonlyonetemperature.Thatis,.飽和溫度Ts飽和壓力ps一一對應(yīng)放掉一些水，Ts不變，ps？TspsSaturationtemperatureSaturationpressure第16頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月ps=1.01325barTs=100

℃青藏ps=0.6barTs=85.95℃高壓鍋ps=1.6barTs=113.32℃Thereisadefiniterelationbetween.第17頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.3汽化Vaporization沸騰：表面和液體內(nèi)部同時發(fā)生的汽化

Itisanintensivevaporizationphenomenonoccursintheliquid.(氣體和液體均處在飽和狀態(tài)下)汽化:由液態(tài)變成氣態(tài)的物理過程

(不涉及化學(xué)變化)

蒸發(fā)：汽液表面上的汽化

Itoccursabovethefreesurfaceofliquid

BoilEvaporation第18頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月Evaporation

occursatanytemperatureandpressure.（蒸發(fā)可在任何溫度和壓力下發(fā)生．）

Evaporationratedependsonthefreesurfacearea,thetemperature,theflowrateabove,

etc.（蒸發(fā)的速度與自由液面表面積，液體溫度，液面風(fēng)速等有關(guān)．Boiling

canonlyoccurastemperaturereachesthesaturationtemperaturecorrespondingtothespecifiedpressureorthepressuredropsbelowthesaturationpressurecorrespondingtothespecifiedtemperature.

（沸騰只能當(dāng)溫度達到給定壓力所對應(yīng)的飽和溫度或壓力降到給定溫度所對應(yīng)的飽和壓力時,才能發(fā)生)第19頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月§6-3水蒸氣的定壓發(fā)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’’水預(yù)熱汽化過熱6.3.1P=constant(壓力p是定值)第20頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月PreheatStage(預(yù)熱階段)CompressedliquidtoSaturatedliquid.(未飽和液體飽和液體)Compressedliquid/subcooledliquidisnotabouttovaporization.Asheatadded,tslightly.WhenItbecomesSaturatedliquid.

Theliquidisabouttovaporize.Itisthestateatwhichitisstillaliquid,butanyheatadditionwillcausesomeoftheliquidtovaporize.第21頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月VaporizationStage(氣化階段)SaturatedliquidtoSaturatedvapor(飽和液體飽和蒸氣)Saturatedvapor

isavaporabouttocondense.AsubstanceatstatebetweenSaturatedliquidandSaturatedVaporiscalledSaturatedliquid-vapormixture/wetvapor.

LatentheatofVaporization(氣化潛熱):Theamountofenergyabsorbedduringvaporization第22頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月SuperheatStage(過熱階段)Superheatedvapor

isthevaporthatisnotabouttocondense.

t第23頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：水蒸氣定壓發(fā)生過程說明(1)(2)(3)理想氣體實際氣體汽化時，T＝Ts不變，但h增加汽化潛熱(4)未飽和水過冷度過冷水過熱蒸汽過熱度只有熵加熱時永遠增加第24頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月StateofLiquidandvapor未飽和液，過冷液飽和液飽和濕蒸氣飽和蒸氣過熱蒸氣SaturatedliquidSaturatedvaporSaturatedliquid-vapormixtureSuperheatedvaporCompressed

liquidSubcooledliquid汽化潛熱LatentheatofVaporization壓縮液6.3.2

定壓氣化過程的P-v圖和T-s圖

P-vandT-sdiagrams第25頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月sp-v圖，T-s圖上的水蒸氣定壓加熱過程一點，二線，三區(qū)，五態(tài)第26頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月Saturatedliquidline,SLL

isformedbyconnectingaseriesofboilingpoints.

saturatedvaporline,SVL：Connectingaseriesofpointsatdrysaturatedvaporbuildsaline,knownassaturatedvaporline,SVL.Vaporizationcontinuesbyfurtherheatsupplytothesystemuntilnoliquidisleft.Thisstateisknownasdrysaturatedvapor,e.g.pointd.Ifthesystemisslightlycooledatthisstate,thendropletsofliquidwillbegintoform.

Thestateofsubstancebetweensaturatedliquidanddryvaporiscalledwetvapor.

Furtherheatingofadrysaturatedvaporatconstantpressurecausesariseofvaportemperatureanditbecomessuperheatedvapor.Thestateofsubstanceiscompletelydefinedbyitspressureandtemperatureifitisinliquidorsuperheatedvaporphase.第27頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月v第28頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月Onepoint(一點):criticalpoint(臨界點)Twolines(兩線):SLLandSVL(飽和液體線和飽和蒸氣線)Threeregions(三區(qū)):Subcooledliquidregion(未飽和液體區(qū))Saturatedliquid-vapormixture region(濕蒸氣區(qū))Superheatedvaporregion(過熱蒸氣區(qū))Fivestates(五態(tài)):Subcooledliquid(未飽和液體)Saturatedliquid(飽和液體)Saturatedliquid-vapormixture(濕蒸氣)Saturatedvapor(干飽和蒸氣)Superheatedvapor(過熱蒸氣)第29頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

6.4.1

TypesofPropertyTables(水蒸汽表的分類)

1.SaturatedwaterTables(飽和水和飽和蒸汽表)Saturatedwater---TTables(以溫度t為獨立變量排列)Saturatedwater---pTables(以壓力p為獨立變量排列)2.SubcooledwaterandSuperheatedvaporTable(未飽和水和過熱水蒸汽表)Pandtaredependentvariables(以p和t為自變量)§6.4水蒸氣性質(zhì)表PropertyTablesofWaterVapor第30頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、ReferenceStateandReferenceValues(基準(zhǔn)點的規(guī)定)Forwater,thesaturatedliquidat0.01℃istakenasreferencestate.(取水的三相點，即0.01oC為基準(zhǔn)點，規(guī)定在此溫度下液態(tài)水的熱力學(xué)能和熵為零。)

Theinternalenergyandentropyareassignedzero

atthisstate.第31頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月3.PropertiesofSaturatedliquid-vapormixtureatPressurep(壓力為p的濕飽和蒸汽)

Thestateofwetvaporcannotbedefinedbyjustpressureandtemperatureuntiloneotherpropertyisgiven.Theconditionorqualityofwetvaporisoftendefinedbyitsdrynessorwetnessfraction.

定義干度x才可以確定濕蒸汽的狀態(tài)。

Wedefinedrynessas

drynessfraction,x=themassofdryvaporin1kgofthemixture,

wetnessfraction,1-x=themassofliquidin1kgofthemixture.第32頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

第33頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月注意:飽和表的起始點ptsv’(m3/kg)v’’s’s’’kJ/(kg.K)0.0061120.010.00100022206.1750.09.15621.099.630.00104341.69461.30277.36085.0151.850.00109280.374811.86046.821550.0263.920.00128580.039412.92095.9712221.29374.150.003260.003264.4294.429(bar)(℃)bdbd第35頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月4.Exercise.Consultingpropertytablesofwatervaportodeterminethestateofeachpointandtheirh，s，x.(利用水蒸氣表判斷下列各點的狀態(tài)，并確定其h，s，x的值。)

第37頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）由飽和水和飽和蒸汽表查得

p=2MPa時，顯然，可知該狀態(tài)為過熱蒸汽。查未飽和水過熱蒸汽表，得p=2MPa，t=300℃時對于過熱蒸汽，干度x無意義。第38頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）查飽和表得p=9MPa時可見，

該狀態(tài)為濕蒸汽，其干度為

又查飽和表得第39頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月=2489.0kJ/kg

按濕蒸汽的參數(shù)計算式得第40頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

(3)顯然，該狀態(tài)為濕蒸汽狀態(tài)。由已知參數(shù)查飽和水和飽和蒸汽表得

按濕蒸汽的參數(shù)計算公式得

第41頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）由飽和水和飽和蒸汽表查得:當(dāng)p=1.0MPa時，ts=179.9℃，顯然t<ts，所以該狀態(tài)為未飽和水。通常t=175℃的狀態(tài)參數(shù)可利用t=170℃與t=180℃的對應(yīng)狀態(tài)參數(shù)內(nèi)插得到，但此處t=170℃與t=180℃跨越了未飽和表中的黑粗線，說明它們分別處于不同相區(qū)。應(yīng)使內(nèi)插在未飽和水區(qū)內(nèi)進行，選取離最接近的t=170℃與ts=179.9℃的未飽和水參數(shù)內(nèi)插。

查未飽和水和過熱蒸汽表得

p=1.0MPa，t=170℃時

p=1.0MPa，t=179.9℃時

第42頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月于是t=175℃時

對于未飽和水干度x無意義。

第43頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）

時，飽和蒸汽比體積

，該狀態(tài)為過熱蒸汽。查過熱蒸汽表得

t=260℃時，

,t=270℃時，

該狀態(tài)的溫度可由比體積值求得

第44頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月討論

應(yīng)該注意，在利用未飽和水與過熱蒸汽作內(nèi)插時，不允許跨越表中的粗折線，如遇這種情況，應(yīng)選用更詳細的表，或使內(nèi)插計算在未飽和水（或過熱蒸汽）區(qū)內(nèi)進行。

第45頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月 §6.5h-sdiagramofwatervapor

(水蒸汽的h-s圖)SLLandSVL(界限曲線，x=0、x=1兩條曲線)2.ConstantPressureLineandConstantTemperatureLine(定壓線和定溫線)InSaturatedliquid-vaporregion,constantpressurelineandconstanttemperaturelineareidentical.(在濕蒸汽區(qū)定壓線與定溫線重合。)3.ConstantVolumeLine（定容線。)4.ConstantDrynessLine(定干度線。)GivenTwoProperties,alltheotherstatepropertiescanbedeterminedfromtheDiagram.(給定兩個參數(shù)，即可查出其余全部參數(shù))。

第46頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月Priorities(優(yōu)點)：Fastandconvenient.方便、快速。Drawbacks(缺點)：NotsoaccurateasPropertytables

精確性稍差。

第47頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第48頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月s(kJ/kg*K)h(kJ/kg)第49頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月6.6.1Characteristicsofwatervapor(水蒸汽的特點)1.Watervaporcannotbetreatedasidealgas(水蒸汽不是理想氣體)pv=RTisnotsuitable.（理想氣體狀態(tài)方程不適用。）2.AnalysisandCalculationonWatervaporcanbesolvedbyusingTablesandDiagrams(水蒸汽的分析和計算采用水蒸汽圖和表。)3.TheFirstandtheSecondLawsmustbeobeyedduringprocessesofwatervapor(熱力學(xué)第一定律和第二定律成立)§6.6ThermodynamicProcessesofWaterVapor(水蒸氣的熱力過程)第50頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

Forreversibleprocesses,(對于可逆過程：)第51頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月6.6.2Procedures(步驟)(1)Basedonthegivenconditions,determinetheinitialstateanditsproperti