氣體和蒸汽的性質(zhì)

關(guān)于氣體和蒸汽的性質(zhì)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(jī)的發(fā)明，是唯一工質(zhì)直到內(nèi)燃機(jī)發(fā)明，才有燃?xì)夤べ|(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,共46頁，2024年2月25日，星期天一、汽化與凝結(jié)汽化:物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程。蒸發(fā)：在液體表面進(jìn)行的汽化過程沸騰：在液體表面及內(nèi)部進(jìn)行的強(qiáng)烈汽化過程。凝結(jié)：物質(zhì)由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程。凝結(jié)的速度取決于空間蒸氣的壓力。第3頁,共46頁，2024年2月25日，星期天二、飽和狀態(tài)(Saturatedstate)飽和狀態(tài)液體分子脫離其表面的汽化速度氣體分子回到液體中的凝結(jié)速度＝這時液體與蒸氣處于動態(tài)平衡狀態(tài)，稱為飽和狀態(tài)飽和液體飽和蒸氣第4頁,共46頁，2024年2月25日，星期天飽和溫度和飽和壓力

處于飽和狀態(tài)的氣、液溫度相同，稱為飽和溫度ts，蒸汽的壓力稱為飽和壓力ps

ts上升，ps上升；

ps上升，ts上升。結(jié)論：一定的飽和溫度對應(yīng)于一定的飽和壓力，反之也成立，即兩者間存在單值關(guān)系。第5頁,共46頁，2024年2月25日，星期天三相點固、液、氣三相共存的狀態(tài)

1)當(dāng)壓力低于ptp時，液相不可能存在，而只可能是氣相或固相。ptp稱為三相點壓力，對應(yīng)的飽和溫度ttp稱為三相點溫度。

2)三相點溫度和壓力是最低的飽和溫度和飽和壓力。

3)各種物質(zhì)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。

水的三相點溫度和壓力值：第6頁,共46頁，2024年2月25日，星期天物質(zhì)有三種聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)熱力學(xué)面：以p,v,T表示的物質(zhì)各種狀態(tài)的曲面水的三態(tài)：冰、水、蒸汽第7頁,共46頁，2024年2月25日，星期天水的熱力學(xué)面兩相區(qū)單相區(qū)氣液固pvT六個區(qū)：三個單相區(qū)、三個兩相區(qū)液--氣固--氣固--液pvT第8頁,共46頁，2024年2月25日，星期天飽和線、三相線和臨界點pv四個線：三個飽和線、一個三相線飽和氣線三相線飽和液線飽和固線T臨界點一個點：臨界點第9頁,共46頁，2024年2月25日，星期天3-5水的汽化過程和臨界點第10頁,共46頁，2024年2月25日，星期天水的定壓加熱汽化過程工業(yè)上所用的水蒸氣都是在定壓加熱設(shè)備中產(chǎn)生的。一般經(jīng)過三個階段：預(yù)熱階段汽化階段過熱階段第11頁,共46頁，2024年2月25日，星期天幾個名詞

飽和液(saturatedliquid)—處于飽和狀態(tài)的液體：t=ts

干飽和蒸汽(dry-saturatedvapor;dryvapor)—處于飽和狀態(tài)的蒸汽：t=ts

未飽和液(unsaturatedliquid)

—溫度低于所處壓力下飽和溫度的液體：t<ts

過熱蒸汽(superheatedvapor)

—溫度高于飽和溫度的蒸汽：t>ts,t–ts=d稱過

熱度(degreeofsuperheat)。

濕飽和蒸汽(wet-saturatedvapor;wetvapor)

—飽和液和干飽和蒸汽的混合物：t=ts使未飽和液達(dá)飽和狀態(tài)的途徑：第12頁,共46頁，2024年2月25日，星期天水蒸氣定壓發(fā)生過程圖及其原理第13頁,共46頁，2024年2月25日，星期天預(yù)熱階段飽和水未飽和水（過冷水）狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)：

這個階段所需的熱量稱為液體熱ql第14頁,共46頁，2024年2月25日，星期天汽化階段干飽和蒸汽飽和水濕(飽和)蒸汽

這個階段所需的熱量稱為汽化潛熱g濕飽和蒸汽：飽和水與飽和蒸汽混合物第15頁,共46頁，2024年2月25日，星期天干度（dryness）（濕度

y=1–x）x01飽和液濕飽和蒸汽干飽和蒸汽定義：濕蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用w或x表示。第16頁,共46頁，2024年2月25日，星期天過熱階段過熱蒸汽干飽和蒸汽

這個階段所需的熱量稱為過熱熱qsup。

t-ts稱為過熱度第17頁,共46頁，2024年2月25日，星期天相變圖第18頁,共46頁，2024年2月25日，星期天水定壓加熱汽化過程的p-v圖及T-s圖一點臨界點兩線上界限線下界限線三區(qū)液汽液共存汽五態(tài)未飽和水飽和水濕蒸汽干飽和蒸汽過熱蒸汽第19頁,共46頁，2024年2月25日，星期天分析：

p-v圖中可以看出：影響v的主要是P和T：對液態(tài)而言，T對v的影響比P的影響大，因而當(dāng)P增加時，對應(yīng)的飽和溫度增加，則飽和液體的比體積增大；對汽態(tài)而言，正好相反，因而，隨著P的增加，飽和蒸汽的比體積減小；飽和液體線與飽和蒸汽線必相交于一點C(臨界點)第20頁,共46頁，2024年2月25日，星期天臨界點：當(dāng)t>tcr時，無論壓力如何增加都不可能液化水的臨界參數(shù)：第21頁,共46頁，2024年2月25日，星期天一點：二線：三區(qū)：五態(tài)：一點二線三區(qū)五狀態(tài)臨界點上界線和下界線液態(tài)區(qū)、濕蒸汽區(qū)、過熱區(qū)未飽和水、飽和水、濕蒸汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽第22頁,共46頁，2024年2月25日，星期天3-6水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)第23頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

水及水蒸氣的參數(shù)計算中不必求其絕對值，僅求其增量或減少量，故可規(guī)定一任意起點。國際水蒸氣會議規(guī)定，水的三相點即273.16K的液相水作為基準(zhǔn)點，規(guī)定其熱力學(xué)能及熵為0，即對于t0=ttp=0.01°C、p0=ptp=611.659Pa的飽和水有：一、零點規(guī)定第24頁,共46頁，2024年2月25日，星期天忽略水的壓縮性，即比體積v不變，又溫度不變，則:

uo=u0’=0,w=0q=0

熵也不變，

so=so’=0,h0=uo+p0v0=0（壓力不高時）二、溫度為0.01℃、壓力為p的過冷水第25頁,共46頁，2024年2月25日，星期天三、溫度為t、壓力為p的飽和水飽和水狀態(tài)：在壓力與溫度較高時，水的cp變化不大，且h’0也不能再認(rèn)為零，故不能用上兩式計算ql和s’.隨壓力的升高而增大（當(dāng)水溫度小于100℃時，平均比熱容cp≈4.1868kJ/(kg·K)）第26頁,共46頁，2024年2月25日，星期天四、壓力為p的干飽和蒸汽

加熱飽和水，全部汽化后成為壓力為p、溫度為ts的干飽和蒸汽，其各參數(shù)以v’’、h’’、s’’、u’’表示。汽化潛熱為：增加熱力學(xué)能的熱量汽化時比體積增大用以膨脹功的熱量第27頁,共46頁，2024年2月25日，星期天五、壓力為p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t為對應(yīng)于ps的飽和溫度，即t=ts。因為ts和Ps互為相對應(yīng)之?dāng)?shù)值，不是相互獨立的參數(shù)，僅ts和Ps不能決定其狀態(tài)。通常采用干度x來決定其狀態(tài)。第28頁,共46頁，2024年2月25日，星期天超過ts之值稱為過熱度，即t–ts。過熱熱量qsup為因過熱蒸汽的cp是p、t的復(fù)雜函數(shù)，故上式不宜用于工程計算。六、壓力為p的過熱蒸汽第29頁,共46頁，2024年2月25日，星期天3-7水蒸氣表和圖第30頁,共46頁，2024年2月25日，星期天3-7水蒸氣表和圖水與水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)p、v、t、h、s均可從水蒸氣圖表中查到，圖表中沒有的參數(shù)，可根據(jù)參數(shù)間的一般關(guān)系計算得到，如u按u=h-pv計算。第31頁,共46頁，2024年2月25日，星期天一、水蒸氣表飽和水及干飽和蒸汽表（表3－6）未飽和水及過熱蒸汽表（表3－7）查表的目的蒸氣表判斷工質(zhì)所處的狀態(tài)查相應(yīng)的表或進(jìn)行相應(yīng)的計算第32頁,共46頁，2024年2月25日，星期天1.飽和水和干飽和蒸汽表（表3－6）第33頁,共46頁，2024年2月25日，星期天2.未飽和水和過熱蒸汽表（表3－7）第34頁,共46頁，2024年2月25日，星期天情況一：已知（p,t）查飽和表得已知壓力（或溫度）下的飽和溫度ts(p)（或飽和壓力ps(t)）：特別注意：在濕蒸氣區(qū)，p、t不是兩個獨立的變量，因此不能由p、t確定狀態(tài)點。這時還需要已知干度x

。第35頁,共46頁，2024年2月25日，星期天情況二：已知p（或t）及某一比參數(shù)y（v或s或h）查飽和表得已知壓力（或溫度）下的y’、y”：在濕蒸氣區(qū)干度及其它參數(shù)的的計算：第36頁,共46頁，2024年2月25日，星期天二、水蒸氣的的t–s圖

X=0X=1第37頁,共46頁，2024年2月25日，星期天三、蒸氣的h-s圖飽和液線和飽和蒸氣線定壓線簇定溫線簇定容線簇定干度線第38頁,共46頁，2024年2月25日，星期天(1)焓熵圖的畫法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：p兩相區(qū)pT=Const斜直線單相區(qū)sT向上翹的發(fā)散的形線C點為分界點，不在極值點上第39頁,共46頁，2024年2月25日，星期天焓熵圖hsCpx=1x=0pC第40頁,共46頁，2024年2月25日，星期天(2)焓熵圖的畫法氣相區(qū)：離飽和態(tài)越遠(yuǎn)，越接近于理想氣體兩相區(qū)：T、p一一對應(yīng)，T

線即p線在x=0,x=1之間，從C點出發(fā)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第41頁,共46頁，2024年2月25日，星期天焓熵圖hsCx=1x=0pvTx第42頁,共46頁，2024年2月25日，星期天1）定壓線群1.在液相區(qū)定壓線與飽和液線近乎重合。2.在濕蒸汽區(qū)定壓線就是定溫線，T=Ts，為斜直線。3.過熱蒸汽區(qū)，定壓線斜率隨T升高而增大，形成上蹺的曲線。0第43頁,