104 液体及其热力过程概要

104 液体及其热力过程概要

        水、油、乙醇、制冷剂等均为典型液体，其热力特性和热力过程均相似，此处以水为例说明。

        沸点-某压力下的沸腾温度；压力越高，沸点越高，反之亦然。

        水与汽的五种相态：

        过冷水（未饱和水）-温度低于沸点的水；如常压下20℃的水。

        饱和水-温度等于沸点的水；如常压下100℃的水。

        饱和蒸汽-温度等于沸点的蒸汽，也可简称饱和汽。如常压下100℃的蒸汽。

        湿蒸汽-饱和水与饱和蒸汽的混合物；如15%饱和水与85%饱和汽形成的湿蒸汽。

        过热蒸汽-温度高于沸点的蒸汽；如常压下150℃的蒸汽。

       水的临界点：

        饱和水与饱和蒸汽密度相同时的状态，此时水的温度、压力、比容分别称为临界温度、临界压力、临界密度。

       饱和水与饱和蒸汽的热力性质：常用热力性质包括温度、压力、密度、比容、焓、熵等（常用符号分别为t、p、ρ、v、h、s），可通过查阅水的饱和热力性质表获得，如下表所示（表中每一行为一个温度或压力下水的系列饱和热力性质，其中L表示饱和液，V表示饱和汽，如120℃时饱和水与饱和汽的热力性质，如表中蓝字体一行所示；此外，饱和汽与饱和水的焓之差称为水的汽化潜热）。

       过热蒸汽和过冷水的热力性质：某温度和压力下水的过热蒸汽或过冷水的热力性质通常包括比容（或密度）、焓、熵，需要查阅水的过热蒸汽和过冷水热力性质表，如下表。查表时，先根据已知压力找到对应区域，再由这一区域中的温度列找到已知温度相应的一行即可。如压力为100kPa、温度为120℃过热蒸汽的热力性质，先找到100 kPa区域（下表中右半侧），再找到120所在行即可。

        湿蒸汽：

        湿蒸汽的干度：湿蒸汽中饱和蒸汽的质量百分比。通常用x表示，即：

    x=M_V/(M_V+M_L)

        式中，x为湿蒸汽的干度，无因次；M_V为湿蒸汽中饱和蒸汽的质量，kg；M_L为湿蒸汽中饱和水的质量，kg。

        湿蒸汽的焓：

h=xh_V+(1-x)h_L

        湿蒸汽的熵：

s=xs_V+(1-x)s_L

        湿蒸汽的比容：

v=xv_V+(1-x)v_L

        湿蒸汽的密度：

ρ=1/v

        综示，水五种相态的热力性质查阅或计算方法汇总如下表：

        水的典型热力过程计算方法汇总如下表所示。

 

思考与练习

压力降低时沸点如何变化？

多大压力下水在60 ℃时即可沸腾？

0.2MPa时干度为0.3的湿蒸汽的焓为多少？

设高压锅直径26cm，设锅内2atm时排气阀开始排气使锅内压力不再升高；锅内放入水4kg，燃气灶加热强度 3kW，水的比热4.2kJ/(kg·℃),则：

(1) 2atm时锅内温度多少？

(2)多长时间锅内水达120 ℃开始沸腾？

(3)沸腾温度下水的汽化潜热为多少？

(4)沸腾后继续加热20分钟，锅内水还余多少？