蒸汽工程原理与传热G.ydF4y2Ba

冰G.ydF4y2Ba

在冰中，分子以有序的晶格型结构锁定在一起，并且只能振动。G.ydF4y2Ba

在固相中，晶格中的分子的运动是关于平均键合位置的振动，其中分子小于一个分子直径。G.ydF4y2Ba

持续增加的热量导致振动增加到这样的程度，一些分子将最终从他们的邻居分离，和固体开始融化为液体状态。在大气压下，融化发生在0°C。压力的变化对熔点的影响很小，在大多数实际应用中，可以把0°C作为熔点。然而，已有研究表明，每增加一大气压，冰的熔点就下降0.0072°C。例如，需要13.9 bar g的压力来降低0.1°C的熔化温度。G.ydF4y2Ba

在不增加冰的温度的同时，破坏晶格键以产生相变的热量，被称为熔化或融合热的焓。这种相变现象在冻结发生时是可逆的，当释放到周围环境的相同量的热量时。G.ydF4y2Ba

对于大多数物质，密度从固体变为液相时，密度降低。G.ydF4y2Ba

然而，随着该规则的例外，其密度在熔化时增加，这就是冰漂浮在水面上的原因。G.ydF4y2Ba

水G.ydF4y2Ba

在液相中，分子可以自由移动，但由于相互吸引，仍然小于一个分子直径，并且碰撞经常发生。更多的热量增加了分子搅拌和碰撞，使液体的温度提高到其沸腾温度。G.ydF4y2Ba

水的焓，液体焓或明智的热量（hG.ydF4y2Ba_{F）G.ydF4y2Ba}水G.ydF4y2Ba

这是将水的温度从0°C的基准点提高到电流温度所需的热能。G.ydF4y2Ba

在0°C的参考状态下，水的焓被任意地设为零。相对于这个容易得到的参考态，所有其他态的焓都可以被确定。G.ydF4y2Ba

显热这个词曾经被使用过，因为加到水里的热量会产生温度的变化。然而，现在公认的条件是液体焓或水的焓。G.ydF4y2Ba

在大气压（0巴G），水沸腾在100℃下沸腾，需要419kJ的能量从0℃加热1kg水，以100℃的沸腾温度。它来自这些图，即在大多数0℃和100℃之间的大多数计算中得出的4.19kJ / kg°C的水（Cp）的比热容量的值。G.ydF4y2Ba

蒸汽G.ydF4y2Ba

当温度升高，水接近沸腾状态时，一些分子获得了足够的动能，达到速度，使它们能暂时从液体中逃逸到表面上方的空间，然后再落入液体中。G.ydF4y2Ba

进一步的加热导致更大的激发和具有足够能量的分子的数量使液体增加。随着水被加热到其沸点，蒸汽形式的气泡并升高到突破表面。G.ydF4y2Ba

考虑到液体和蒸汽的分子布置，借助于蒸汽的密度远小于水的密度，因为蒸汽分子彼此进一步分开。因此，水面上方的空间被填充有较少的致密蒸汽分子。G.ydF4y2Ba

当留下液体表面的分子的数量大于重新进入时，水自由蒸发。此时，它已达到沸点或其饱和温度，因为它具有热能饱和。G.ydF4y2Ba

如果压力保持恒定，则添加更多热量不会导致温度进一步升高，但导致水形成饱和蒸汽。在同一系统内的沸水和饱和蒸汽的温度是相同的，但蒸汽中每单位质量的热能大得多。G.ydF4y2Ba

在大气压下，饱和温度为100°C。然而，如果压力增加，则不会在没有变化的情况下添加更多的热量和温度的增加。G.ydF4y2Ba

因此，增加压力能有效地增加水的焓和饱和温度。饱和温度与压力的关系称为蒸汽饱和曲线(见图2.2.1)。G.ydF4y2Ba

水和蒸汽可以在这种曲线上任何压力共存，两者都处于饱和温度。饱和曲线上方的条件下的蒸汽被称为过热蒸汽：G.ydF4y2Ba

• 高于饱和温度的温度被称为蒸汽的过热程度。G.ydF4y2Ba
• 曲线以下条件下的水被称为亚饱和水。G.ydF4y2Ba

如果蒸汽能够以与产生的相同速率从锅炉流动，则添加进一步的热量只是增加了生产率。如果蒸汽受到限制离开锅炉，并且保持热量输入速率，则流入锅炉的能量将大于流出的能量。随着饱和蒸汽的温度与其压力相关，这种多余的能量呈压力升高，又允许饱和温度上升。G.ydF4y2Ba

蒸发或潜热的焓（hG.ydF4y2Ba_{FG.G.ydF4y2Ba}）G.ydF4y2Ba

这是将水状态变为沸腾温度，进入蒸汽所需的热量。它涉及蒸汽/水混合物的温度没有变化，并且所有能量都用于将来自液体（水）的状态改变为蒸气（饱和蒸汽）。G.ydF4y2Ba

旧术语潜热基于以下事实：尽管加热了热量，但温度没有变化。但是，接受的术语现在是蒸发的焓。G.ydF4y2Ba

就像从冰到水的相变一样，蒸发过程也是可逆的。当蒸汽在较低温度下达到任何表面时，产生蒸汽的热量在冷凝时释放回其周围环境。G.ydF4y2Ba

这可以被认为是用于加热目的的蒸汽中热量的有用部分，因为它是当蒸汽冷凝回水时蒸汽中的总热量的该部分。G.ydF4y2Ba

饱和蒸汽的焓，或饱和蒸汽的总热量G.ydF4y2Ba

这是饱和蒸汽中的总能量，并且只是水的焓和蒸发焓的总和。G.ydF4y2Ba

饱和蒸汽的焓(和其他性质)可以很容易地用以前实验的表格结果来参考，称为蒸汽表。G.ydF4y2Ba

例2.2.1G.ydF4y2Ba

在大气压（0棒G），水沸腾在100℃下沸腾，需要419kJ，从0℃加热1kg水，饱和温度为100℃。因此，0巴G和100℃的水的特定焓为419 kJ / kg，如蒸汽表所示（见表2.2.2）。G.ydF4y2Ba

然而，大气压下的蒸汽的实际用途有限。这是因为它不能在自己的压力下沿蒸汽管道输送到使用点。G.ydF4y2Ba

注意:由于蒸汽的压力/体积关系,(体积随着压力的增加减少)通常是在锅炉产生的压力至少7条g。一代的蒸汽在更高的压力使蒸汽分配管道保持一个合理的大小。G.ydF4y2Ba

随着蒸汽压力的增加，蒸汽的密度也将增加。随着具体体积与密度成反比，特定体积随着压力的增加而降低。G.ydF4y2Ba

图2.2.2为比体积与压力的关系。这说明在较低的压力下，比体积的变化最大，而在较高的压力范围内，比体积的变化要小得多。G.ydF4y2Ba

表2.2.2中所示的蒸汽表中的提取物示出了特定的体积，以及与饱和蒸汽有关的其他数据。G.ydF4y2Ba
在7巴g时，水的饱和温度为170℃。G.ydF4y2Ba

如果水处于大气压，则需要在7巴G时将其温度提高到饱和点的温度。该表提供了721 kJ的值，将1千克水从0°C升至其饱和温度为170°C。G.ydF4y2Ba

7巴g的水转化为蒸汽所需的热能(蒸发焓)实际上比大气压下所需的热能要少。这是因为蒸发比焓随着蒸汽压力的增加而降低。G.ydF4y2Ba

然而，随着在压力的增加，特定体积也降低，在相同体积中传递的热能量实际上随着蒸汽压力而增加。G.ydF4y2Ba

例2.2.2G.ydF4y2Ba

在6bar g压力下，干燥率为0.94的蒸汽只包含6bar g下干燥饱和蒸汽蒸发焓的94%。以下计算使用蒸汽表中的数字:G.ydF4y2Ba

蒸汽相图G.ydF4y2Ba

蒸汽表中提供的数据也可以以图形形式表示。图2.2.3说明了水和蒸汽各种状态的焓和温度之间的关系;这称为相图。G.ydF4y2Ba

当水从0°C加热到它的饱和温度时，它的状态遵循饱和水位线，直到它得到它的全部液体焓hG.ydF4y2Ba_{F，G.ydF4y2Ba}（a - b）。G.ydF4y2Ba

如果进一步热量继续加热，则水将相变为水/蒸气混合物，并且继续焓增加，同时保持饱和温度，HG.ydF4y2Ba_{FG.G.ydF4y2Ba}，（b - c）。G.ydF4y2Ba

随着水/蒸汽混合物在干燥的增加时，其条件从饱和液体管线移动到饱和蒸汽系。因此，在这两个状态之间的一定程度下，干燥级分（C）为0.5。类似地，在饱和蒸汽管线上，蒸汽为100％干燥。G.ydF4y2Ba

一旦它收到了其蒸发的所有焓，就到达饱和蒸汽管线。如果在此之后继续加热，则压力保持恒定，但蒸汽的温度将开始上升，因为赋予过热（C-D）。G.ydF4y2Ba

饱和水和饱和蒸汽管线包围其中存在水/蒸汽混合物的区域 - 湿蒸汽。在饱和水线左侧的区域中仅存在水，并且在饱和蒸汽管线右侧的区域中仅存在过热蒸汽。G.ydF4y2Ba

饱和水和饱和蒸汽管线相遇的点被称为临界点。随着压力朝向临界点的增加，蒸发的焓降低，直到它在临界点变为零。这表明水在临界点直接变成饱和蒸汽。G.ydF4y2Ba

在临界点上方，蒸汽可以被认为是气体。气态是雌性状态，其中分子具有几乎不受限制的运动，并且由于压力降低，该体积不会增加。G.ydF4y2Ba

临界点是水可以存在的最高温度。在临界点高于恒定温度下的任何压缩都不会产生相变。G.ydF4y2Ba

然而，在恒定温度下压缩在临界点以下，将导致蒸汽的液化，因为它将从过热区域传递到湿蒸汽区域中。G.ydF4y2Ba

临界点发生在374.15°C和221.2条中A蒸汽。在此压力之上，蒸汽被称为超临界，并且不适用明确定义的沸点。G.ydF4y2Ba

例2.2.3G.ydF4y2Ba

高压冷凝水温度高于低压饱和温度的情况。G.ydF4y2Ba

在5巴g的压力下考虑一定量的水，在其饱和温度为159℃的温度下含有671 kJ / kg热能。如果然后将压力降低到大气压（0barg），则水只能在100℃下存在并含有419kJ / kg的热能。G.ydF4y2Ba

的671的这种差异 - 419 = 252千焦耳/公斤的热能，然后将产生在大气压力下的闪蒸蒸汽。G.ydF4y2Ba

产生的闪蒸蒸汽的比例可以被认为是在最终压力下的蒸发焓与蒸发焓的比例。G.ydF4y2Ba

例2.2.4G.ydF4y2Ba

高压冷凝水温度低于低压饱和温度的情况。G.ydF4y2Ba

考虑与实施例2.2.3相同的条件，除了高压冷凝水温为90℃，即低于大气饱和温度为100°C的亚冷却。G.ydF4y2Ba

注意：从其饱和温度（在这种情况下，在159°C至90°C）中，冷凝水的温度通常通常是实用的。它只是用来说明在这种情况下没有生产的闪蒸的点。G.ydF4y2Ba

在这种情况下，亚饱和的水位表将显示1千克冷凝物的液体焓在5巴至90℃下为377kJ。由于这种焓小于大气压下一千克饱和水的焓（419 kJ），因此没有过量的热量可用于产生闪蒸蒸汽。冷凝物简单地穿过捕集器并在相同温度下保持液态，但在这种情况下较低的压力，大气压。G.ydF4y2Ba

见图2.2.5。G.ydF4y2Ba

水90℃的水的蒸气压是0.7巴绝对。如果较低的冷凝水压力小于这，则将产生闪蒸蒸汽。G.ydF4y2Ba

两个过程中的能量和质量守恒原则G.ydF4y2Ba

能量和质量守恒的原则允许闪蒸蒸汽现象从不同方向思考。G.ydF4y2Ba
考虑实施例2.2.3的条件。G.ydF4y2Ba

1kg的凝结水在5bar g和159°C下在大气压力下产生0.112 kg的闪蒸。如图2.2.6所示。闪光和冷凝物的总质量保持在1kg。G.ydF4y2Ba

节能原理指出，下压力状态下的总能量必须等于高压状态的总能量。因此，闪蒸蒸汽和冷凝物中的热量必须与671 kJ的初始冷凝物相同。G.ydF4y2Ba

Steam表提供以下信息：G.ydF4y2Ba

因此，根据蒸汽表，较低压力状态下的焓与高压状态相同，从而证明了能量守恒原理。G.ydF4y2Ba