
【化】 superheated steam
過熱蒸汽(superheated steam)是指溫度高于同壓力下飽和溫度的蒸汽狀态,屬于單相氣态流體。根據熱力學定義,當飽和蒸汽在定壓條件下吸收額外熱量時,其溫度将突破汽化點形成過熱狀态,該過程遵循克勞修斯-克拉佩龍方程:
$$ frac{dP}{dT} = frac{L}{T(v_g - v_l)} $$
其中$L$為汽化潛熱,$v_g$和$v_l$分别為氣相與液相比容。工業應用中,過熱蒸汽常見于火力發電廠蒸汽輪機系統,通過提升蒸汽溫度至400-600℃範圍(國際能源署《先進超臨界燃煤發電技術白皮書》),可有效提高卡諾循環效率約15%。
與飽和蒸汽相比,過熱蒸汽具備三項核心特性:①幹燥度達到100%,無液态水微粒;②比容隨溫度升高持續增大;③傳熱系數降低但攜帶熱量能力增強。這些特性使其在食品滅菌(FDA批準的高溫瞬時滅菌法)、化工反應器加熱等領域具有不可替代性(《化學工程手冊》第7版,McGraw-Hill出版)。
工程實踐中需特别注意過熱度的控制範圍。美國機械工程師協會(ASME) BPVC标準規定,電站鍋爐的典型過熱度應維持在28-42℃區間,以防止渦輪葉片發生應力腐蝕開裂。
過熱蒸汽是指在飽和蒸汽基礎上繼續加熱,使其溫度超過對應壓力下飽和溫度的蒸汽。以下是詳細解釋:
過熱度指過熱蒸汽溫度與同壓力下飽和溫度的差值,公式為:
$$
text{過熱度} = T{text{過熱蒸汽}} - T{text{飽和溫度}}
$$
過熱度越高,蒸汽的幹燥性和熱力學做功能力越強。
特性 | 過熱蒸汽 | 飽和蒸汽 |
---|---|---|
溫度-壓力關系 | 無固定對應關系 | 一一對應 |
熱交換效率 | 需先冷卻至飽和溫度,效率較低 | 直接釋放潛熱,效率較高 |
液态成分 | 無液滴,完全幹燥 | 可能含液滴,濕度較高 |
過熱蒸汽的換熱率較低,需通過額外設備(如過熱器)或減壓方式生成。其應用需結合具體場景,例如核電站因材料限制通常不使用過熱蒸汽。
如需更詳細的技術參數或應用案例,可參考、2、4、8等來源。
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