饱和蒸汽
Saturated Steam
饱和蒸汽(Saturated Steam)是指在特定压力下,当液体(水)被加热至其饱和温度时,水完全蒸发成为蒸汽的状态,此时蒸汽与液态水之间的相变动态平衡,即液体表面的蒸发速率等于蒸汽再凝结的速率,蒸汽的密度和温度保持不变。
在1个标准大气压(1atm)下,温度为100℃的水蒸汽即为饱和蒸汽。饱和蒸汽的温度与压力之间存在一一对应的关系,二者之中只有一个独立变量。
饱和蒸汽的形成过程简单介绍如下:
当液体(水)在有限的密闭空间中蒸发时,水分子通过液面进入上方空间,成为蒸汽分子。这些蒸汽分子处于紊乱的热运动之中,它们相互碰撞,并和容器壁以及液面发生碰撞。在和液面碰撞时,部分蒸汽分子被液体分子所吸引,重新返回液体中成为液体分子。
随着蒸发的进行,空间中的蒸汽分子密度不断增大,返回液体中的分子数目也逐渐增多。当单位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子数目相等时,蒸发与凝结达到动平衡状态,此时的状态即为饱和状态,对应的蒸汽即为饱和蒸汽。
平衡初期的蒸汽是湿饱和蒸汽,继续加热至饱和水中的水分完全蒸发后会形成干饱和蒸汽,蒸汽从湿饱和到干饱和的过程中温度是不增加的(即湿饱和到干饱和过程中温度保持不变)。
过热蒸汽
Superheated Steam
过热蒸汽(Superheated Steam)则是将饱和蒸汽继续加热,使其温度高于该压力下的饱和温度而得到的蒸汽。过热蒸气的温度高于相同压力下的饱和蒸气的温度,二者之间的温度差称为过热度,表示过热蒸气的过热程度。过热蒸气的温度和压力不再是固定的,而是随着热量的增加而增加。
过热蒸汽相较饱和蒸汽具有更高的热能和热容量,看起来好像过热蒸汽比饱和蒸汽可利用的能量多了。但是实际上,如用作将热能转化为机械能的工作介质,其效率确实高于饱和蒸汽,但是利用过热蒸汽来加热的效率却非常低。
这是因为过热蒸汽必须先冷却到饱和温度才能释放出蒸发焓,从过热蒸汽冷却到饱和温度所放出的热量与蒸发焓相比来说很小。
如果蒸汽过热度比较小,这很小的一部分热量比较容易释放出来,但是过热度比较大的时候,冷却的时间相对要长很多。
在换热设备中,使用过热蒸汽会在换热设备内形成干墙,干墙区结垢会更快,造成管壁温导致管子失效。因此,尽管相同压力下的过热蒸汽的温度是高于饱和蒸汽的,但它的加热能力要远低于饱和蒸汽。



