蒸汽基础知识

1、蒸汽基础知识蒸汽作为传热介质的优点蒸汽的热容量高，和液体传热介质相比，在输送同样的热量时，蒸汽系统的管道较小， 这也意味着较低的费用。蒸汽管线重量相对较轻，可以减少管道的支撑费用。在蒸汽管道中，只要有压力降就有流动，因此不需要循环泵的费用。蒸汽系统弹性大，在一定的范围内可以根据需要增加或减小负载。蒸汽使用二通控制阀就能控制，从而避免使用三通阀。从使用角度看，蒸汽到介质的传热系数通常是从水到介质的2倍，因此可以使传热设 备更加紧凑。此外，蒸汽传热表面不存在温度梯度，蒸汽充满的空间温度使相同的。过热蒸汽如果饱和蒸汽经过温度更高的换热面，则蒸汽的温度会高于其蒸发温度，此时蒸汽称 为过热蒸汽，高于饱和

2、蒸汽的温度称为过热度。过热蒸汽有其本身的应用领域，如用在发电机组的透平，通过喷嘴至电机，推动电机 转动。但是过热蒸汽很少用于工业制程的热量传递过程，这是因为过热蒸汽在冷凝释放蒸发 焓之前必须先冷却到饱和温度，很显然，与饱和蒸汽的蒸发焓相比，过热蒸汽冷却到饱和温 度释放的热量是很小的，从而会降低工艺制程设备的性能。蒸汽干度在一定压力下的沸腾点温度产生的蒸汽称为干饱和蒸汽，此时干度为1。但实际应用 中很难产生100%的干蒸汽，通常都带有一定量的水滴。如果蒸汽中含有10%质量的水分， 则蒸汽为90%的干度，即蒸汽干度为0.9。因此实际的湿蒸汽蒸发焓不是蒸汽表上所显示的 hfg，而为干度x和hfg的乘

3、积：实际蒸发焓=蒸发焓x干度蒸汽和焓的概念蒸汽是水的汽态表现形式。产生蒸汽需要把水加热至沸腾点，如果继续加热则沸腾水 变为蒸汽。这两个过程涉及以下的几个能量术语：液态焓或显热这部分能量是指将水加热至沸腾点所需要的热量，此时加热的热量只改变水的温度， 通常用符号hf表示。将1kg的水从0 C加热到沸腾点的热量可从蒸汽表上读取。例如，在 大气压下（0 bar g ），水的沸点为100 C，则将1kg的水从0 C加热到100 C所需的热量 为 419 kJ。蒸发焓或蒸发潜热指将沸腾温度下的水全部转化成蒸汽所需的热量，通常用符号hfg表示。当热量加入 时，水/蒸汽混合物的温度没有改变，所有的热量用来将

4、液态（水）转变为气态（蒸汽），发 生相变。蒸发1kg沸腾温度下的水所需的热量可从蒸汽表上读取。例如，在大气压下（0 bar g），需要2257 kJ的热量将1 kg 100 C的水蒸发成为1kg 100 C的蒸汽。全热能指蒸汽中所有的能量，是液态焓和蒸发焓的总和，用hg表示。全热能也可从蒸汽表 上读取。例如，在大气压下（0 bar g ），1 kg 0 C的水完全转化为100 C的蒸汽需要的全 热能为 419 + 2257 = 2676 kJ。当蒸汽在工艺过程传递热量时，首先传递的是蒸发焓，这也是能实际应用到的热量。 此时蒸汽冷凝成同温度下的水，称为冷凝水。当液体在有限的密闭空间中蒸发时，液体

5、分子通过液面进入上面空间，成为蒸汽 分子。由于蒸汽分子处于紊乱的热运动之中，它们相互碰撞，并和容 器壁以及液面发 生碰撞，在和液面碰撞 时，有的分子则被液体分子所吸引，而重新返 回液体中成为液 体分子。开始蒸发时，进入空 间的分子数目多于返回液体中 分子的数目，随着蒸发的 继续进行，空间蒸汽分 子的密度不断增大，因而返回液体中 的分子数目也增多。当单 位时间内进入 空间的分子数目与返回液体中的 分子数目相等时，则蒸发与凝结处于动 平衡状态，这时虽然蒸 发和凝结仍在进行，但空间中蒸汽分 子的密度不再增大，此时 的状态称为饱和状态。在饱和状态下的液体称为饱和液体，其对应的蒸汽是饱和蒸汽， 但最初只

6、是湿 饱和蒸汽，待蒸汽中的水分 完全蒸发后才是 干饱和蒸汽。蒸汽从不饱和 到湿饱和再到干饱和的过程温度是不增加的，干饱和之后继续加热则温度 会上升，成 为过热蒸汽。封闭状态下，空气的导热系数为0.023W/m-k传热系数与导热系数传热系数以往称总传热系数。国家现行标准规范统一定名为传热系数。传热系数 K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度（K，。），1小时 内通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/平方米度（W/m*K，此处K可用。C 代替）。导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,C）， 在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米度（W/

7、mK，此处为 K可用C代替）。导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。 非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含水率、温度较低时，导 热系数较小。通常把导热系数较低的材料称为保温材料，而把导热系数在0.05 瓦/米度以下的材料称为高效保温材料。热导和热阻热导系数（又被称作“导热系数”或“导热率”）是反映材料热性能的重要物理量。热传导是热 交换的三种（热传导，对流和辐射）基本形式之一，是工程热物理，材料科学，固态物理， 能源，环保等各个研究领域的课题。材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构，热 量的传递依靠原子，分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。在导电金属中电子流起 支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。热导系数又称导热系数或导热率。表征物质热传导性能的物理量。设在物体内部垂直于导热 方向取两个相距1米，面积为1平方米的平行面，而这两个平面的温度相差1度，则在1 秒内从一个平面传导到另一平面的热量就规定为该物质的热导率。其单位为：瓦/ （米.摄氏 度），原工程单位制中则为：千卡/ （米.小时.摄氏度），热导率的倒数称为导热热阻。其它条 件不变时，热导率愈大导热热阻就愈小，则导热量就愈大；反之则导热量就愈小。封闭状态下，空气的导热系数为口.mswm - k在大气压下