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1.4 热焓值的理解
发布时间:2016/8/15 10:55:43

为什么蒸汽压力越高,反而其热焓值越低?

一、    首先,了解几个概念

hf = 液体焓 (显热)(kJ/kg),也就是我们平常说的h---我们不能利用的热量;

hg = 饱和蒸汽的总焓 (总热量)(kJ/kg),也就是我们平常说的h″;

hfg = 蒸发焓 (潜热)(kJ/kg)-我们可以利用的热量,也就是我们平常说的h-h′。

hfg = hg - hf= h″- h

这几个参数非常重要,以后各种热能工程的计算,阀门管道和设备选型,都需要查蒸汽表(蒸汽的物理性质)中的这个数据。


二、我们知道,饱和蒸汽每一个状态点的的热力学特性参数是固定的,这也就是我们为什么要使用饱和蒸汽的原因。对上面几个概念的理解:

1、hf = 液体焓 (显热):水在液态下,把它的温度从0℃提高到可以汽化的温度,这个阶段吸收的热量称为水的液体焓或显热。

我们把0℃的水的焓定义为零,于是其它状态的焓就可以根据其参考状态得出。

在大气压下(0 bar g),水在100℃时沸腾,把1kg水从0℃加热到100℃需要吸收419 kJ热量。由此可以推导出水的比热容Cp4.19 kJ/(kg·℃)

2、蒸发或潜热(hfg),也可称之为潜热:

这指的是在沸腾温度下水变成蒸汽所需要吸收的热量,期间,水和蒸汽的混合物温度不上升,所有的能量都用来把水由液态变为气态,即饱和蒸汽。

正如从冰到水的相变过程,蒸发的过程也是可逆的。当蒸汽遇到较低温度的表面时,蒸汽冷凝会放出同样多的热量。当蒸汽作为加热用途时,通常就是利用这部分热量,也就是从蒸汽冷凝成凝结水所释放的热量。 

3、hg = 饱和蒸汽的总 (总热量)

这是指饱和蒸汽的总能量,它是水的焓值和蒸发焓的总和。


三、 压力与焓值的关系

1、在大气压力下水的饱和温度是100℃,但是,如果压力下降,比如说在西藏,则饱和温度会降低,其液体焓就低,水在80℃左右就可以烧开了;如果压力上升,将会吸收更多的热量,饱和温度也将上升,但是并不发生相变。因此,增加压力有效增加了水的焓值和饱和温度。

2、随着蒸汽压力升高,蒸汽的密度同样也增大。由于比容是密度的倒数,则比容随着压力升高而降低。

低压下比容随压力变化非常大,而压力较高时比容变化比较小,所以压力越高时,饱和蒸汽的总热量hg肯定要增加,但其增加的比例就越少。从附表二中可看出,压力越高时,水的焓值hf增加得相对较多,而这部分热量是不能使用的,因此可以使用的实际蒸发hfg就相对要比低压时少。 

3、这从下面2个图中也可以看出,当压力越高时,饱和水由液态汽化为气态的蒸发过程(图中的水平线)是缩短的,这一段也就是我们说的蒸发焓hfg,(即热焓值)。


四、总结:一般使用蒸汽的原则为:高压输送,低压使用。

1、蒸汽的压力增加,比容会减少,密度会增加。所以蒸汽输送的原则是高压输送,而此时管径会比较小。

2、因为压力越低,饱和蒸汽的热焓值越高,而且所有管道及换热设备等的制造成本也相对低很多,因此使用蒸汽时,在保证工艺要求的前提下,尽量使用较为低压的蒸汽。

附图一:

附图二:

附表三:

 

 

热焓

比容

压力

温度

 

 

 

 

 

 

kJ/kg

kJ/kg

kJ/kg

蒸汽

kPaG

°C

水     hf

蒸发热焓  hfg

蒸汽    hg

m3/kg

0

100

419.04

2257.0

2676.04

1.673

5

101.40

424.90

2253.3

2678.02

1.601

10

102.66

424.90

2253.3

2678.02

1.533

20

105.10

440.80

2243.4

3684.2

1.414

40

109.55

459.70

2231.3

2691.0

1.225

60

113.56

476.40

2220.4

2696.8

1.083

80

117.14

491.60

2210.5

2702.1

0.971

100

120.42

505.60

2201.1

2706.7

0.881

150

127.62

536.10

2181.0

2717.1

0.714

200

133.69

562.20

2163.3

2725.5

0.603

300

143.75

605.30

2133.4

2738.7

0.461

400

151.96

640.70

2108.1

2748.8

0.374

500

158.92

670.90

2086.0

2756.9

0.315

600

165.04

697.50

2066.0

2763.5

0.272

700

170.50

721.40

2047.7

2769.1

0.240

1000

184.13

781.60

2000.1

2781.7

0.177




























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