水蒸气的定压发生过程

工程上所采用的水蒸气，大都是在锅炉中定压加热产生的。其产生过程如图1-7所示。水蒸气的定压加热发生过程大致可分为三个阶段：①水的定压预热阶段，t＜t_s；②饱和水的定压汽化阶段，t=t_s；③干饱和蒸汽的定压加热阶段，t＞t_s。

图1-7 水蒸气定压产生过程示意图

图1-8 水蒸气定压发生过程的p-v图和T-s图

a）p-v图 b）T-s图

对单位质量0.01℃的水在压力p₁下开始加热时，其初态温度t＜t_s，在p-v图和T-s图上用a₁点表示，见图1-8。随着加热，水温逐渐上升，比体积略有增加，定压预热过程线为a₁—b₁段，b₁点为水温t=t_s的饱和水状态。在T-s图上，a₁—b₁过程线下面的阴影面积，表示水在定压预热过程中加入的热量q₁，称为液体热。对饱和水继续加热时，则水开始沸腾，水温不变，比体积增大，饱和水的定压汽化过程线如图1-8中b₁—d₁线所示，直至d₁点达到干饱和蒸汽状态。在T-s图上，b₁—d₁过程线下面的阴影面积表示饱和水在定压汽化过程中吸入的热量，称为汽化潜热r。水在汽化过程中形成的气、水混合物称为湿饱和蒸汽，湿饱和蒸汽中的干蒸汽含量称为干度χ。显然，b₁点的饱和水的干度χ=0，而d₁点的干饱和蒸汽的干度χ=1。当d₁点的干饱和蒸汽继续加热时，蒸汽的温度上升，t＞t_s，比体积增大，这一过程用d₁—e₁线表示。在T-s图上，d₁—e₁线下面的阴影面积称为过热热量。

若在其他压力p₂、p₃、…下对水加热，会发生类似的汽化过程，同样经历三个阶段和五种状态（未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽及过热蒸汽），如图1-8所示。显然，图中的A—c线和B—c线为不同压力下的饱和液体线和干饱和蒸汽线，c点为临界点。(www.xing528.com)

从图1-8中可以看出，随着压力p的提高，饱和温度亦将提高，汽化过程的比体积变化逐渐减小，汽化潜热也逐渐变小，但液体加热量将增多。至临界点c时，汽化潜热为零，而液体加热量为最大。

综上所述，确定水蒸气状态所需要的独立参数为：对未饱和水及过热蒸汽状态，需知p和t两个参数；对湿饱和蒸汽状态，需知p_s和χ或t_s和χ两个参数；对饱和水及干饱和蒸汽状态，只需知p_s和t_s中任一个参数。

水蒸气不同于理想气体，水蒸气的p、v、T三者的关系不符合理想气体状态方程，而实验所得的状态方程又比较复杂，不适用于工程中的实际计算，因此通常利用已制成的水蒸气表进行计算，见表1-4。

上述内容仅是关于水的相变过程特性，对于制冷剂，如氨、氟利昂等工质，亦有类似特性，但因其物性不同，各参数值及图中的曲线斜率等也各有不同。

表1-4 饱和水与饱和水蒸气表（按压力排列）

注：此表摘自严家、余晓福著《水和水蒸气热力性质图表》。