水蒸发相变冷却技术特性及节能性研究

水蒸发相变冷却技术特性及节能性研究
§1水的相变及相图概述
1.水蒸气是热力工程中最为常见的工质
在18世纪发明者的蒸气机，水蒸气就是唯一的工质，直至内燃机发明者，才存有了
燃气工质。

尽管在各种热力设备或系统中，已使用了其他物质做为工质，例如空气、各种
制冷剂、燃气等等，但水蒸气目前仍就是暖通、火力发电、核电、化工等行业热力设备或
系统中最为广泛使用的工质。

作为工质，水蒸气具备：来源丰富，耗资少，无毒无味，比热容大，传热好，良好的
膨胀和载热性能等优点。

2.水蒸气就是实际气体
水蒸气在工程应用中，一般处于离液态不远的状态，是一种实际气体。

只有在空气中，由于其含量极小，可视作理想气体处理。

在热力设备或系统工作过程中，牵涉至物质的涌入态主要就是液态和气态。

那么，对
于非理想气体的性质及其热力过程如何分析呢？本章将以水蒸汽为基准，表明实际气体热
力性质的基本特点和确认方法、参数排序以及基本热力过程分析的基本方法。

重点内容：
了解实际气体热力性质的基本特点，与理想气体的区别所在。

一、氢铵物质涌入态的变化
纯物质通常以三种聚集态固相、液相及气相状态存在。

1.纯物质聚集态的变化
融化与凝结→固态与液态；汽化与凝固→液态与气态；升华与凝华→固态与气态。

2.聚集态变化的影响因素纯物质种类、压力、温度二、纯物质的p-t相图1.p-t相图
所指在p-t图上，氢铵物质在出现涌入态变化时压力及温度的变化规律。

例如图1右图。

注意：
(1)三相点就是三条相平衡曲线的交点。

(2)临界点以上区域（虚线以上区域，即温度及压力均高于临界点温度及压力）为气
液相不分或共存区域，只体现流体的特性。

(3)多数物质压力增大将使凝固点温度增加。

但对于水等少数物质，压力的增大将使其凝固点温度降低。

图1氢铵物质的p-t波谱
2.几个基本概念
(1)三相点与临界点（每种氢铵物质的三相点与临界点的压力和温度都就是唯一确认的。

）
临界状态(临界点)：临界点（状态）是气-液共存的状态，而且气、液的状态参数值
相同，例如具有相同的比容、密度等等。

▲任何氢铵物质都存有自己唯一确认的临界状态，而且临界参数就是唯一确认的，分
别为临界温度tc、临界压力pc和临界比容vc，就是实际气体性质的关键参数。

▲在p≥pc下，定压加热过程不存在汽化段，水由未饱和态直接变化为过热态。

▲当t>tc时，无论压力多低都不可能将并使气体液化。

▲在临界状态下，可能将存
有逊于流动特性。

▲在临界状态附近，水及水蒸气再有比热容特性。

三相点：在一定的温度和压力下，气相、液相和固相三相共存而处于平衡的状态，称
为三相点，对应的温度和压力称为三相点温度和压力。

▲三相点为实现气相和液相转变的
最低点
▲三相点就是发生固相物质轻易转型为气相物质的升华现象的初始点。

▲对于每种物质，其三相点的温度及压力都有确定的数值，是实际气体性质的重要参
数之一。

(2)相平衡曲线：包含融化线（或与凝结线）；汽化线（或凝固线）；升华线（或凝
华线）。

(3)单相区：固相区、液相区及气相区。

3.水的临界点
水临界点：pc=22.129mpa，tc=374.15℃。

4.水的三相点
水三相点：pa=611.2pa，ta=0.01℃。

部分纯物质的三相点参数见表1。

可以看出常温常压下为气态物质的三相点温度极低，而固态物质的三相点温度较高。

部分纯物质的三相点参数
mercury―汞，水银。

zinc―锌(zn)。

三、汽化与凝固的微观表述1.汽化与凝固
汽化是由液态变成气态的物理过程，其中工质需要吸收热量。

而凝结则是由气态变成
液态的物理过程，在此过程中工质需要放出热量。

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。