蒸汽加热水所需耗量计算涉及到焓值
问答
具体计算公式可查阅这个页面,然而在此之前要先了解基本概念。
https://blog.csdn.net/jintaihu/article/details/139631882
蒸汽热量是指单位质量的物质从液态转变为气态时所吸收的热量,对于水而言,即水变成蒸汽时需要吸收的热量。这个过程通常发生在恒定温度下(例如水在标准大气压下的沸点是100摄氏度),因为提供的能量主要用于打破分子间的键而不是增加分子运动的平均动能。
蒸汽热量可以分为两个部分:
显热:这是指将水从环境温度加热到其沸点所需的热量。这部分热量增加了水分子的动能,但并没有发生相变。
潜热:一旦水达到了它的沸点,继续提供给水的热量就不再用于提高温度,而是用来使水分子克服液体内部的吸引力,逐渐转变成气体状态。这一过程中吸收的热量叫做汽化潜热。
当蒸汽热量用于加热时,会发生以下变化:
蒸汽在与换热器的冷表面接触时会释放其潜热,并发生相变从气态凝结成液态。这个过程中,蒸汽温度保持不变(在恒定压力下),因为所有提供的能量都被用来改变物质的状态而不是增加分子运动,蒸汽的热量通过换热器壁面传递给被加热介质(如水、空气或其他流体)。
随着蒸汽凝结为液体,它将失去大量的热量。如果继续冷却,形成的冷凝水将进一步降温,此时主要是显热的释放,直到达到环境温度或下一个热交换阶段所需的温度。
在某些情况下,特别是当蒸汽在一个封闭系统内工作时,随着蒸汽凝结成水,系统的压力可能会下降,因为气体体积显著大于相同质量的液体体积。
焓这是一个热力学状态函数,用来描述系统的总能量,包括内部能量加上流动能量。对于蒸汽而言,焓包含了两部分:一部分是水从0°C升温到饱和温度所需的显热,另一部分是从液态转变为气态所需要的潜热。因此,蒸汽的焓实际上是指单位质量的蒸汽所含有的总热量,这包括了从冰点加热至饱和液体的热量以及随后转换成蒸汽所需的全部热量。
在部分情况下,特别是在不完全凝结的情况下,混合物中蒸汽的比例(即“干度”或“品质”)会随时间而变化。干度是指混合物中蒸汽的质量分数,它会影响整个系统的热力学性能。
蒸汽加热水所需耗量的计算主要与蒸汽的焓值相关,这是因为蒸汽的焓值综合了显热和潜热,代表了单位质量的蒸汽所含有的总热量。当蒸汽用于加热其他物质(如水)时,它会释放出其携带的所有热量,包括显热和潜热。在蒸汽凝结的过程中,主要是潜热被释放出来用于加热介质(如水),而不是显热。当饱和蒸汽接触到较冷的表面或介质时,它会立即开始凝结,并在此过程中释放大量的潜热。这部分热量是使得蒸汽特别有效作为加热媒介的主要原因。一旦蒸汽完全凝结成液体(即变成了100%的凝结水),如果这个凝结水温度仍然高于被加热介质的温度,那么它将继续以显热的形式释放热量给该介质,直到两者达到热平衡。这意味着在实际应用中,即便是显热,也最终会被利用起来进行加热,只是这种热量交换发生在相变之后。
因此,在计算蒸汽加热水所需的耗量时,我们确实主要关注的是蒸汽的潜热,因为这是最高效的热量传递部分。然而,从一个更广泛的角度来看,焓值——包括了潜热和显热——提供了蒸汽能够提供的总能量的一个完整视图。在某些情况下,例如设计热交换器或者计算总体热效率时,了解整个过程中的焓变化是非常重要的。
要掌握某个压力状态下蒸汽的具体焓值,可以查阅蒸汽表。
蒸汽表(Steam Tables)是记录了不同温度和压力条件下水和蒸汽的热力学性质的数据表格。这些表格提供了非常精确的信息,包括饱和水、干饱和蒸汽以及过热蒸汽的焓值。对于给定的压力或温度,可以直接在表格中查找到对应的焓值。
还有两个热力学图表,Mollier图(h-s图),它以焓(h)为纵坐标,熵(s)为横坐标,显示了水和蒸汽的各种状态点。通过这个图可以直观地找到特定压力下的焓值,温熵图(T-s图)也可以用来确定特定条件下的焓值。
对于过热蒸汽,可以使用公式H = H饱和 + cp * (t - t饱和)来计算焓值。
页:
[1]