GB/T 34060-2017 蒸汽热量计算方法

　　ICS 27 . 010 F 04

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 34060—2017

　　蒸汽热量计算方法

　　Steam heatcalculationmethod

　　2017-07-31 发布 2018-02-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 34060—20 17

　　GB/T 34060—20 17

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　请注意本文件某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。

　　本标准由全国计量器具管理标准化技术委员会(SAC/TC 525)提出并归口 。

　　本标准主要起草单位：北京博思达新世纪测控技术有限公司、中国计量科学研究院、中国石油化工股份有限公司金陵分公司、中国石油天然汽股份有限公司兰州石化分公司、石家庄华电供热集团有限公司、广东省计量科学研究院、银川融神威自动化有限公司、北京菲舍波特科技发展有限公司、恩德斯豪斯(中国)自动化有限公司、北京清阳仪表科技有限公司、苏州市计量测试研究所。

　　本标准主要起草人：张志力、段慧明、王京安、郁周、唐湛淇、成庆敏、吴江宏、唐力南、王月声、傅振铎、刘华清、王渐、马立超、李长武。

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　　引 言

　　为规范蒸汽热量计算方法及根据温度、压力计算蒸汽热量计量所需参数的计算方法，在充分考虑我国蒸汽生产、销售、使用的实际状况与计量需求的基础上，按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则，依据 IAP- WS-IF97 相关内容及 GB/T 21188—2007 中 2 . 4 . 3 编制本标准。 其中，饱和蒸汽压力与饱和蒸汽温度的计算采用 IAPWS-IF97 的 4 区方程，比烙、密度、比熵、动力黏度、声速的计算采用 IAPWS-IF97 的 2 区方程，等熵指数计算采用 GB/T 21188—2007 中 2 . 4 . 3 给出的公式。

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　　蒸汽热量计算方法

　　警告 — 本标准不涉及与其应用有关的所有安全问题，在使用本标准前，使用者有责任制定相应的安全和保护措施，并明确其限定的适用范围。

　　1 范围

　　本标准规定了蒸汽热量的计算方法及根据温度、压力计算蒸汽热量计量所需参数的计算方法。

　　本标准适用于过热蒸汽及干饱和蒸汽，其温度、压力范围见图 1 中斜线所标示的区域。 即：当

　　273.16 K≤T≤623.15 K 时，0 MPa<fi≤fis(T)(T 对应的饱和蒸汽压力);当 623.15 K

　　图 1 适用范围温度-压力图

　　注 ：图 1 中 1 区 、2 区 、3 区 、4 区 、5 区为 IAPWS-IF97 所划分的 5 区，在各区内应依据各 自 的基本方程计算水和蒸汽的物性值。 其中，1 区为水、2 区为过热蒸汽、3 区为水和蒸汽、4 区为蒸汽饱和线(表征了蒸汽饱和温度 Ts 与

　　蒸汽饱和压力 fis 的一一对应关系，其小于或等于 16 . 529 2 MPa部分是 1 、2 区的分界线，c是水的临界点，也是4 区的温度、压力上限，Tc = 647.096 K,fic = 22.064 MPa。)、5 区为温度高于 1 073.15 K 的过热蒸汽。

　　2 术语、定义和符号、代号

　　2 . 1 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　2 . 1 . 1

　　蒸汽 steam

　　液态水汽化或固态水升华而成的气态水。

　　2.1.2

　　饱和蒸汽 saturatedsteam

　　密闭空间内气、液两相处于动态平衡状态即饱和状态的蒸汽。

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　　2 . 1 . 3

　　饱和蒸汽压力 saturatedsteam pressure

　　处于饱和状态的蒸汽压力。

　　2 . 1 . 4

　　饱和蒸汽温度 saturatedsteam temperature

　　处于饱和状态的蒸汽温度。

　　2 . 1 . 5

　　干饱和蒸汽 drysaturatedsteam

　　全部液态水都汽化成蒸汽，不含液态水的饱和蒸汽。

　　2 . 1 . 6

　　过热蒸汽 hyperthermiasteam

　　在一定压力下对干饱和蒸汽再加热使其温度超过该压力下的饱和蒸汽温度的蒸汽。

　　2 . 1 . 7

　　蒸汽比烩 steam specificenthalphy

　　某一温度和压力下单位质量的蒸汽内所含有的能量，即单位质量蒸汽的内能 u 与压力势能 pν之和。

　　2 . 1 . 8

　　蒸汽质量流量 steam massflow

　　单位时间流过某一截面的蒸汽质量。

　　2 . 1 . 9

　　蒸汽热量 steam heatingvalue

　　在某一时间段内流经某一装置或设备的蒸汽释放或吸收的能量。

　　2 . 2 符号和代号

　　本标准所用的量和单位的名称及符号见表 1 。

　　表 1 量和单位的名称及符号

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　　表 1(续)

　　3 计算方法

　　3 . 1 热量计算方法

　　已知蒸汽的质量流量及其比烙，蒸汽热量按式(1)计算。

　　Q qmΔh”dtqm t …………………………

　　式中：

　　Q —蒸汽热量，单位千焦(kJ) ;

　　t0 、t1 —分别为热量计算的起始、终止时间，单位为秒(s) ;

　　qm —蒸汽质量流量，单位为千克每秒(kg/s) ;

　　Δh” —为蒸汽温度、压力发生变化前后(某一装置或设备入口与出口处)的蒸汽的比烙之差，单位为千焦每千克(kJ/kg) ;

　　t — 时间，单位为秒(s) ;

　　h、h—分别为蒸汽温度、压力发生变化前后(某一装置或设备入口与出口处)蒸汽的比烙，单位为千焦每千克(kJ/kg) ,按 4.1 计算或在附录 A 的 A.1、A.2 及 A.3 中根据温度θ、压力 p查找对应的比烙值。

　　如蒸汽在温度、压力变化过程中，蒸汽的质量发生变化，按式(2)计算蒸汽热量。

　　Q t ……………………………

　　式中：

　　qm1、qm2 —分别为在温度、压力变化过程前后(换热装置入口与出口处)的操作条件下测得的蒸汽质量流量，单位为千克每秒(kg/s)。

　　蒸汽热量计算的具体步骤参见附录 B。

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　　3 . 2 热量计算相关参数的确定方法

　　3 . 2 . 1 过热蒸汽热量计算相关参数的确定方法

　　3 . 2 . 1 . 1 确定过热蒸汽压力 p—测量。

　　3 . 2 . 1 . 2 确定过热蒸汽温度 T— 测量。

　　3 . 2 . 1 . 3 确定过热蒸汽质量流量 qm —测量。

　　3 . 2 . 1 . 4 根据过热蒸汽的温度 T、压力 p 按 4 . 1 的规定计算比烙 h”或在附录 A 的 A3 中根据温度 θ、压力 p 查找对应的比烙值。

　　3 . 2 . 2 饱和蒸汽(饱和线)热量计算相关参数的确定方法

　　3 . 2 . 2 . 1 确定饱和蒸汽温度 Ts(或饱和蒸汽压力 ps) —测量。

　　3 . 2 . 2 . 2 根据饱和蒸汽温度 Ts 计算对应的饱和蒸汽压力 ps(T)[或根据饱和蒸汽压力 ps计算对应的饱和蒸汽温度 Ts(p)]。

　　a) 已知饱和蒸汽温度 Ts , 按式( 3 ) 计算对应的饱和蒸汽压力 ps(T)。

　　ps p* …………………

　　式中：

　　C — 按式(4)计算;

　　B — 按式(5)计算;

　　A — 按式(6)计算;

　　…………………( 7 )

　　式中：

　　T * — 温度对比量，本公式取值为 1 K。

　　n9、n10 —饱和蒸汽压力与温度方程的系数，见表 2 。

　　表 2 饱和蒸汽压力与温度方程的系数

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　　表 2(续)

　　b ) 已知饱和蒸汽压力 ps , 按式(8)计算对应的饱和蒸汽温度 Ts(p)。

　　式中：

　　n9、n10 —饱和蒸汽压力与温度方程的系数，见表 2 ;

　　D — 按式(9)计算。

　　D

　　式中：

　　G — 按式(10)计算;

　　F — 按式(11)计算;

　　E — 按式(12)计算。

　　G=n2β2 + n5β+ n8 ………………………( 10 )

　　式中：

　　n3、n6 —饱和蒸汽压力与温度方程的系数，见表 2 。

　　…………………( 13 )

　　式中：

　　p* —压力对比量，本公式取值为 1 MPa。

　　3 . 2 . 2 . 3 确定蒸汽的流量 qm —测量。

　　3 . 2 . 2 . 4 根据饱和蒸汽温度 Ts[或 Ts(p)]和压力 ps(T)(或 ps) 按 4 . 1 的规定计算比烙 hⅡ或在附录 A的 A. 1 与 A. 2 中根据温度 θs 、压力 ps查找对应的比烙值。

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　　4 蒸汽物性值的计算

　　4 . 1 比烩

　　已知蒸汽的温度 T 与压力p，按式(14)计算蒸汽的比烙 h”(T，p)。

　　h”(T，p)=τ(丫 + 丫) RT …………………( 14 )

　　式中：

　　τ —反对比温度，无量纲，τ=T*/T，T* = 540 K ;

　　丫 —无量纲形式的比吉布斯能理想气体部分对反对比温度的偏导数，按式(15)计算;

　　丫 —无量纲形式的比吉布斯能过余部分对反对比温度的偏导数，按式(16)计算。

　　丫 …………………( 15 )

　　式中：

　　n —第 i个 n0 系数，见表 3 ;

　　J —第 i个 J0 系数与指数，见表 3 。

　　表 3 无量纲吉布斯能理想气体部分 γ。方程(2 区)的系数与指数

　　丫niπIiJi Ji-1 ………………………

　　式中：

　　ni —第 i个 n 系数，见表 4 ;

　　π —对比压力，无量纲，π=p/p* ，p* = 1 MPa; Ii —第 i个 I 系数与I 指数，见表 4 ;

　　Ji —第 i个 J 系数与J 指数，见表 4 ;

　　τ —反对比温度，无量纲，τ=T*/T，T* = 540 K。

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　　表 4 无量纲吉布斯能过余部分 γγ 方程(2 区)的系数与指数

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　　表 4(续)

　　4 . 2 密度

　　已知蒸汽的温度 T 与压力p，按式(17)计算蒸汽的密度 ρ”(T，p)。

　　…………………( 17 )

　　式中：

　　ν”(T，p)—蒸汽的比容，按式(18)计算。

　　………………………( 18 )

　　式中：

　　π —对比压力，无量纲，π=p/p* ，p* = 1 MPa;

　　γ—无量纲形式的比吉布斯能理想气体部分对对比压力的偏导数，按式(19)计算;

　　γ—无量纲形式的比吉布斯能过余部分对对比压力的偏导数，按式(20)计算。

　　…………………( 19 )

　　niIiπIi-1 Ji …………………( 20 )

　　式中：

　　ni —第 i个 n 系数，见表 4 ;

　　Ii —第 i个 I 系数与I 指数，见表 4 ;

　　π —对比压力，无量纲，π=p/p* ，p* = 1 MPa;

　　Ji —第 i个 J 系数与J 指数，见表 4 ;

　　τ —反对比温度，无量纲，τ=T*/T，T* = 540 K。

　　4 . 3 比熵

　　已知蒸汽的温度 T 与压力p，按式(21)计算蒸汽的比熵 s”(T，p)。

　　s”(T，p)=Rτ(γ + γ) - R(γ0 +γγ ) ………………………( 21 )

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　　式中：

　　丫 —无量纲形式的比吉布斯能理想气体想部分对反对比温度的偏导数，按式(15)计算;

　　丫 —无量纲形式的比吉布斯能过余部分对反对比温度的偏导数，按式(16)计算;

　　丫0 — 无量纲形式的比吉布斯能理想气体部分，按式(22)计算;

　　丫丫 — 无量纲形式的比吉布斯能过余部分，按式(23)计算。

　　9

　　丫 …………………( 22 )

　　式中：

　　n —第 i个 n0 系数，见表 3 ;

　　J —第 i个 J0 系数与指数，见表 3 ;

　　τ —反对比温度，无量纲，τ=T*/T，T* = 540 K。

　　丫丫 Ji ………………………( 23 )

　　式中：

　　ni —第 i个 n 系数，见表 4 ;

　　π —对比压力，无量纲，π=p/p* ，p* = 1 MPa;

　　τ —反对比温度，无量纲，τ=T*/T，T* = 540 K ;

　　Ji —第 i个 J 系数与J 指数，见表 4 。

　　4 . 4 声速

　　已知蒸汽的温度 T 与压力p，按式(24)计算蒸汽的声速 ∞Ⅱ(T，p)。

　　(1 000RT 1 + 2π丫 + π2(丫) 2 )0.5

　　∞Ⅱ(T，p)= (1 - π2 丫π ) + (1 + π丫 - τπ丫τ ) 2 …………( 24 )

　　式中：

　　π —对比压力，无量纲，π=p/p* ，p* = 1 MPa;

　　丫 —无量纲形式的比吉布斯能过余部分对对比压力的偏导数，按式(20)计算;

　　丫π —无量纲形式的比吉布斯能过余部分对对比压力的二次偏导数，按式(25)计算;

　　τ —反对比温度，无量纲，τ=T*/T，T* = 540 K ;

　　丫τ —无量纲形式的比吉布斯过余部分对对比压力与反对比温度的偏导数，按式(26)计算;

　　丫τ —无量纲形式的比吉布斯能理想气体部分对反对比温度的二次偏导数，按式(27)计算;

　　丫τ —无量纲形式的比吉布斯能过余部分对反对比温度的二次偏导数，按式(28)计算。

　　丫niIi πIi-2 Ji …………………

　　式中：

　　ni —第 i个 n 系数，见表 4 ;

　　Ii —第 i个 I 系数与I 指数，见表 4 ;

　　π —对比压力，无量纲，π=p/p* ，p* = 1 MPa;

　　τ —反对比温度，无量纲，τ=T*/T，T* = 540 K ;

　　Ji —第 i个 J 系数与J 指数，见表 4 。

　　丫niIiπIi-1 Ji Ji-1 ………………………

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　　式中：

　　ni —第 i个 n 系数，见表 4 ;

　　Ii —第 i个 I 系数与I 指数，见表 4 ;

　　π —对比压力，无量纲，π=p/p* ，p* = 1 MPa;

　　Ji —第 i个 J 系数与J 指数，见表 4 ;

　　τ —反对比温度，无量纲，τ=T*/T，T* = 540 K。

　　…………………( 27 )

　　式中：

　　n —第 i个 n0 系数，见表 3 ;

　　J —第 i个 J0 系数与指数，见表 3 ;

　　τ —反对比温度，无量纲，τ=T*/T，T* = 540 K。

　　niπIiJi Ji-2 ………………( 28 )

　　式中：

　　ni —第 i个 n 系数，见表 4 ;

　　π —对比压力，无量纲，π=p/p* ，p* = 1 MPa;

　　Ii —第 i个 I 系数与I 指数，见表 4 ;

　　Ji —第 i个 J 系数与J 指数，见表 4 ;

　　τ —反对比温度，无量纲，τ=T*/T，T* = 540 K。

　　4 . 5 动力黏度

　　根据蒸汽的温度 T 与压力p 按 5.2 计算蒸汽的密度 ρ"，按式(29)计算蒸汽的动力黏度 η"(ρ"，T)。

　　η"(ρ"，T)=Ψ"(δ,θ)η* ……………………( 29 )

　　式中：

　　式中：

　　Ψ0 (θ) —按式(31)计算;

　　Ψ1 (δ,θ) —按式(32)计算。

　　………………………( 31 )

　　式中：

　　θ —对比温度，无量纲，θ=T/T*，T* = 647.096 K ;

　　n —第 i个 n 系数，见表 5 。

　　表 5 式(31)的系数

　　GB/T 34060—20 17

　　………………………

　　式中：

　　δ —对比密度，δ=ρ”/ρ*，ρ* = 322 kg/m3 ;

　　θ —对比温度，无量纲，θ=T/T*，T* = 647.096 K ;

　　ni —第 i个 n 系数，见表 6 ;

　　Ii —第 i个 I 系数，见表 6 ;

　　Ji—第 i个 J 系数，见表 6 。

　　表 6 式(32)的系数和指数

　　4 . 6 等熵指数

　　根据蒸汽的温度 T 与压力p 按 5.2 计算密度 ρ”,按 5.4 计算声速 ∞”;按式(33)计算蒸汽的等熵指数 к”。

　　к ………………………( 33 )

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　　注：式(33)修改采用 GB/T 21188—2007 中 2 . 4 . 3 给出的公式，差别如下：

　　— 用 κ”替换 K 表示蒸汽的等熵指数;

　　— 用 ρ”替换ρ 表示蒸汽的密度;

　　— 用 ∞”替换c表示蒸汽的声速;

　　— 因压力单位由 Pa改为 MPa所以除 1 000 000 。

　　5 比烩计算方法引入的不确定度

　　当 0 MPa

　　16.53 MPa,蒸汽比烙计算方法引入的相对标准不确定度为 0 . 25%。

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　　附 录 A

　　(规范性附录)蒸汽性质表

　　A.1 饱和状态的蒸汽物性值(温度)

　　饱和状态的蒸汽物性值表(温度)包括了温度 0 ℃至临界温度 θs=373 . 946 ℃的以下的饱和蒸汽热物理性质值(见表 A. 1) :

　　● 饱和蒸汽压力 ps ;

　　● 饱和蒸汽比容 ℃”;

　　● 饱和蒸汽声速 ∞”;

　　● 饱和蒸汽比烙 h”;

　　● 饱和蒸汽等熵指数 к”;

　　● 饱和蒸汽动力黏度 η”;

　　● 饱和蒸汽比熵 s”。

　　表 A.1 饱和状态的蒸汽物性值表(温度)

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　　表 A.1(续)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.1(续)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.1(续)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.1(续)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.1(续)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.1(续)

　　A.2 饱和状态的蒸汽物性值(压力)

　　饱和状态的蒸汽物性值表(压力)包括了压力 自 0 . 000 611 212 7 MPa 至临界压力 pc = 22 . 064 MPa

　　的以下的饱和蒸汽热物理性质(见表 A. 2) :

　　● 饱和蒸汽温度 θs ;

　　● 饱和蒸汽比容 ℃”;

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　　● 饱和蒸汽比熵 s”;

　　● 饱和蒸汽比烙 h”。

　　表 A.2 饱和状态的蒸汽物性值表(压力)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.2(续)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.2(续)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.2(续)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.2(续)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.2(续)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.2(续)

　　A.3 单相区的物性值

　　单相区的物性值表包括了温度自饱和蒸汽温度至 800 ℃而压力 自0 . 000 611 212 7 MPa 至 16 MPa以下的单相的水和蒸汽热物理性质值(表 A. 3) :

　　● 比容 ℃;

　　● 声速 ∞ ;

　　● 比烙 h;

　　● 等墒指数 к;

　　● 比熵 s;

　　● 动力黏度 η。

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　　表 A.3 单相区的物性值表(饱和蒸汽温度至 800 ℃ )

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　　表 A.3(续)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.3(续)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.3(续)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.3(续)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.3(续)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.3(续)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

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　　表 A.3(续)

　　A.4 饱和状态的蒸汽运动黏度

　　饱和状态的蒸汽运动黏度表包括了温度自 0 ℃至临界温度 θc=373 . 946 ℃的以下的饱和蒸汽运动黏度 ν”值，见表 A. 4 。

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　　表 A.4 饱和状态的运动黏度 ν(0 ℃ ~373.946 ℃ )

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　　A.5 运动黏度(单相区)

　　在单相范围内，表 A.5 包括了温度自 0 ℃至 800 ℃而压力 自0.000 611 212 7 MPa 至 20 MPa 的水及蒸汽运动黏度ν=ηρ-1 值 。

　　表 A.5 运动黏度 ν[10 - 6 m2 s-1 ]

　　(单相范围：0 ℃ ~800 ℃ , 0.000 6 1 1 2 12 7 Mpa~20 Mpa)

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　　表 A.5(续)

　　GB/T 34060—20 17

　　表 A.5(续)

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　　附 录 B