热力学水的蒸发过程VIP专享VIP免费

工程上用的气态工质可以分为两类，即气体和蒸气，两者之间并无严格的界限。蒸气泛指刚刚脱离液态或比较接近液态的气态物质，在被冷却或被压缩时，很容易变回液态。一般地说，蒸气分子间的距离较小，分子间的作用力及分子本身的体积不能忽略，因此，蒸气一般不能作为理想气体处理。 工程上常用的蒸气有水蒸气、氨蒸气、氟利昂蒸气等。由于水蒸气来源丰富，耗资少，无毒无味，比热容大，传热好，有良好的膨胀和载热性能，是热工技术上应用最广泛的一种工质。 各种物质的蒸气虽然各有特点，但其热力性质及物态变化规律都有许多类似之处。这里仅以水蒸气（简称蒸汽）为例，对它的产生、状态的确定及其基本热力过程进行分析。 1. 蒸气是由液体汽化而产生的。液体汽化有两种形式：蒸发和沸腾。 蒸发是在液体表面进行的汽化现象。由于液体分子处于无规则的热运动状态，每个分子的动能大小不等，在液体表面总会有一些动能大的分子克服邻近分子的引力而逸出液面，形成蒸气，这就是蒸发。蒸发可以在任何温度下进行，但温度愈高，能量较大的分子愈多，蒸发愈强烈。 与蒸发不同，在给定的压力下，沸腾是在某一特定温度下发生、在液体内部和表面同时进行并且伴随着大量汽泡产生的剧烈的汽化现象。实验证明，液体沸腾时，尽管对其继续加热，但液体的温度保持不变。 无论蒸发还是沸腾，如果液面上方是和大气相连的自由空间，那么一般情况下汽化过程可以一直进行到液体全部变为蒸气为止。当液体在有限的密闭空间内汽化时，则不仅有分子逸出液体表面而进入蒸气空间，而且也会有分子从蒸气空间落到液体表面，回到液体中。开始时，单位时间从液面逸出的分子多于返回液面的分子，蒸气空间中的分子数不断增加。但当蒸气空间中蒸气的密度达到一定程度时，在同一时间内逸出液面的分子就会与回到液面的分子数目相等，气、液两相达到了动态平衡，这种状态称为饱和状态。饱和状态下的液体和蒸气分别称为饱和液体和饱和蒸气。饱和蒸气的压力和温度分别称为饱和压力（用ps表示）和饱和温度（用ts表示），二者一一对应，且饱和压力愈高，饱和温度也愈高，例如：对于水蒸气，当ps=0.10325MPa时，ts=100℃；当ps=1MPa 时，ts=179.916℃。 工程上应用的水蒸气，通常是在锅炉内对水定压加热产生的。下面用图 5－1 说明水蒸气的产生过程：假设一筒状容器中盛有 1 千克 0℃的水，在水面上有一个可以移动的活塞，施加一定的压力 ，在容器底部对水加热。水蒸气的产生过程...