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蒸汽基础知识:饱和干蒸汽与不饱和湿蒸汽的区别

了解饱和干蒸汽与不饱和湿蒸汽之间的区别。它们各有什么优势以及各有哪些用途?

饱和、不饱和、干燥、潮湿、闪蒸、超临界和过热蒸汽…有很多不同的表述,这表明并非所有蒸汽都是相同的。那么,您需要的蒸汽类型是不是由具体应用决定的呢?

蒸汽的特性取决于体积、压力和温度。这意味着您需要的蒸汽类型正是由具体应用决定的。

让我们了解一下现有的不同类型的蒸汽及其优点和缺点。

饱和蒸汽或干蒸汽

饱和蒸汽干蒸汽是这样一种蒸汽类型,即蒸汽中所有的水分子都保持气体状态。以热水壶为例,当水烧开时,它会发出啸叫声。由于压力受控,蒸汽不能自由地逸出,这是由热水壶的预期用途决定的。有时您会看到水雾从热水壶中逸出:这就是干蒸汽。

干蒸汽在释放到温度较低的空气中时会损失部分能量。它将能量传递到环境空气中,使其含有的水分发生冷凝并形成水雾。换言之:您可以通过在密闭腔室中加热水来产生干蒸汽。

蒸汽温度接近该压力下的沸点。

不饱和蒸汽或湿蒸汽

当蒸汽在加热过程中吸入微小的水滴时,就会得到不饱和蒸汽或湿蒸汽。当蒸汽锅炉加热水时,气泡会冲破水面。因此,当蒸汽开始形成时,它含有液体。这种液体会使蒸汽含有一部分水,除非您使用过热器。即使是非常出色的蒸汽锅炉,也只能释放含水 3% - 5% 的蒸汽。 

wet versus saturated steam animation

压力和温度如何影响水和蒸汽

一般来说,蒸汽与压力和温度之间存在直接的关系。

  • 锅炉中的压力越高,就需要使用更多的能量才能产生蒸汽。 
  • 随着压力增加,将会在更高的温度下产生蒸汽。这种温度更高的蒸汽每千克所含的能量也更多。 
  • 但过热蒸汽是一个例外。

这个图表显示了水在给定温度和压力下的状态(液态或气态)。在 1 bar(正常大气压力)的条件下,水将在 0°C (32°F) 时结冰,并在 100°C (212°F) 时沸腾。在 2 bar 的条件下,冰点会降低,而沸点会升高。

过热蒸汽表指南

对于任何使用蒸汽的人员而言,蒸汽表都是非常重要的工具。可以这样比喻,它就好比是我们乘坐火车时需要查看的时刻表,或开车前往新地方时需要用到的 GPS 地图。我们通常使用蒸汽表来确定特定压力下的温度,或者用于确定特定温度下的压力。

它是一个很有用的工具,还包括比焓和体积。是指 1 kg 蒸汽所含能量的多少。您可以通过将各种状态(液态和气态)的水分的焓相加来计算蒸汽的焓。 

steam table temperature versus pressure

对于从水变成过热蒸汽的过程,此蒸汽表显示了压力和温度之间的关系

蒸汽干度

如上所述,蒸汽锅炉几乎不可能产生 100% 干燥的蒸汽。我们用干度来衡量蒸汽的实际干燥程度。 

如果蒸汽含有 5% 的水,那么我们说其干燥程度为 95%,即干度为 0.95。

干度对可传递能量的总量有直接影响。反过来,它会影响加热的质量和效率。

还记得潜热和显热之间的区别吗?100% 干燥的蒸汽还含有 100% 的可用潜热(在该特定压力下)。而干燥度为 0% 的饱和水将只含有显热。

如果您不清楚两者之间的区别,您可以在本文中阅读相关内容。

您知道吗?您可以将蒸汽加热到超过沸点温度,以获得过热蒸汽。

与饱和蒸汽不同,过热蒸汽的温度和压力之间没有直接关系。这意味着它可以在很宽的温度范围内存在。我们更喜欢将饱和蒸汽用于加热应用,而将过热蒸汽用于发电或涡轮机应用。

虽然听起来似乎不太可能,但您知道吗?蒸汽干燥度可以超过 100%。在这种情况下,我们讨论的是过热蒸汽。我们更喜欢将饱和干蒸汽用于加热应用,而对于过热蒸汽,它是用于发电或涡轮机应用的理想选择。

干蒸汽与湿蒸汽对比:优点和缺点

饱和(干)蒸汽可作为非常出色的热源,原因如下:

  • 由于加热快速、均匀,您的产品质量和生产率将会得到改进。
  • 由于可通过调节压力来控制温度,我们可以快速、精确地达到特定温度。
  • 由于传热系数较高,所需的加热表面较小。这意味着您可以减少初始设备支出。
  • 由于蒸汽是用水生成的,它具有安全、清洁、成本低的优点。 

然而,我们现在知道蒸汽并不是 100% 干燥。辐射散热会导致部分蒸汽发生冷凝,使得湿蒸汽的含水更多,并形成冷凝水。如果不使用正确的设备(和附件)进行恰当的管理和维护,则可能会造成有害影响:

  • 影响传热效率。
  • 造成管道和关键设备腐蚀。

 

传热系数是什么?

我们使用传热系数来计算传热效果。正如前面所述:“由于传热系数较高,所需的加热表面较小。这意味着可以减少初始设备支出。”由于进入饱和蒸汽中的蒸发水更多,蒸汽也吸收了更多的潜热。因此,相同质量的蒸汽所含的热量更多,它能够完成的工作也更多。 

关于饱和蒸汽和不饱和蒸汽的常见问题

饱和(干)蒸汽与不饱和(湿)蒸汽之间有何区别?

干蒸汽/饱和蒸汽不含任何水滴,您可以通过在密闭腔室中加热水来产生这种蒸汽。湿蒸汽/不饱和蒸汽含有水滴。饱和(干)蒸汽是用于加热应用的理想热源。对于不饱和(湿)蒸汽而言,如果管理不当,可能会导致腐蚀或降低传热效率。

什么是干度?

它是我们用于定义蒸汽实际干燥程度的一种衡量方法。它会影响蒸汽的加热能力。

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