2024年3月9日发(作者：)
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知识讲座 ＆㈣鑫 蒸 将液体加热到沸点之上，并使其继续保持为液态时，就会产 生过热现象。很早ｌ；上前。就已进行了过热现象的实验和研究工 作。对于液体的： 咚过程，可借助液体状态方程式进行推导。能 够表示纯物质气灌两态的状态方程式是范德华方程０】： （Ｐ＋． ）：粥ｒ ￡。 了 式中： 萼 一压力（ ）； ——气体的摩尔体积（ 向ｄ）； 惺 口、６——范越华常散，＾为分子引力的常数，ｂ为分子容积的 Ⅸ 常数； 止 Ｒ——气体常数（Ｊ／ｔｏｏｌ・Ｋ）； 上 卜温度（Ｋ）。 瑚 物质状态的变化，即气化、液化等现象，通常是由于加热或 廓 冷却引起的。可是，如果使镌质的温度保持一定，剐物质状态的 Ｅ， 改变取决于压力的变化。圈２—１是 水为例用试验方法求出的 压的力变Ｐ化与。状容态积Ｄｖ为的水变蒸化气关状系态 圉，如中皋的温Ａ日度ｃＤ一表定示，增温加度压为力ｒ，时则压水蒸力 薹 ． 气的容积便会硪小，井措及：线向Ｃ点移动。Ｃ点为饱和状态 点 若再继续增加压力，则可使一部分饱和状态下的水蒸气液化 成为水，致使窖积硪小，而压力仍是滚温度下的蒸汽压，并没发 生变化。其状态如图中（Ｂ水平线所示。在该区间，增加压力。只 能加遣蒸汽的液化，而压力却始终保持不变。至Ｂ点，所有蒸汽 都被液化。此后，由于藏体的压缩事比气体小得多，与容积稍微 旺耍相对匝。压力将墨看上升，如图中的ＢＡ线所示。温度不同 ’ 时，则措另一曲线变化，并有相同的变化趋势。通常，温度高时曲 田２—２范德华状态变化与实际状态变化 线向上方移动，气渡共存状态的直鲤长度（Ｂ变短。连接各曲线 在圈２－２中，Ｂ［；为液体的过热状态，（Ｅ为ｊ
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璺 堡 鱼．璺 ……一 讲座 态。实际上这些状态不是稳定状态，而是一种准稳定状态。 在棱沸腾区和膜沸腾区之间．有一十迁移沸腾区域。在迁移 图２—２中Ｇ点的压力，可由范德华方程式求出．这样可得到 沸腾区内，核沸腾和膜沸腾同时存在．气泡的产生和破裂在很短 水的理论极限过热温度 ．水的临界温度 ，于是可得： 的同期内反复进行．其沸腾现象较其他区蛾更为澈烈。如下文所 压＝０．８４ 述．在蒸气爆炸的机理中．迁移沸腾占据着重要的地位。 利用图２—３表示的温度一蒸汽压曲线，对过热液体的形成、 由爆炸式沸腾转变为稳定状态的过程作如下说明：若该液体在 常温下的沸点为Ｊ，液体加热时，温度措Ｊ＿＋抒 （上升，而蒸汽压 不变。Ｋ点温度是极限过热温度，在该处液体产生爆炸式的沸腾 而被气化。由于这种沸腾是均匀核沸腾，所以液体内部便产生均 匀气泡，而使液体气化。最韧是在温度 ，产生的蒸气压力为Ｄ 点的压力．随后蒸气不断产生，温度和压力不断降低，当温度到达 Ｊ．压力等于大气压时．便不再有气泡产生。这种爆炸式的沸腾．称 为过热极限爆炸。在大气压下，水在２６９℃时便可能成为过热状 态。处于这种过热状态的水．突然沸腾时所产生的压力，最高可 以达到５．日哑 （２６９℃时水的蒸气压）。 圈２—４奋种沸辟琬毒示素 一般常见的锅炉、原子能工业及日常生活中的彝一班象．都 属于棱沸腾。 往熊熊燃烧的火炉上的鼓扳洒少量的水．水簟马上壹戚水珠 在鼓扳上翻滚起来。这是因为在水漓与铁板之间生成了蒸汽膜， 水发生了膜沸腾的缘故。金属在淬火时也眈观察到这种现象。这 种现象称为莱顿福斯特现象。在上述试验中．出现这种膜沸腾 后．当白金丝的电流降低时．这种状态不会马上消失。但是．一旦 国２—３极限过热沮度的液休气化时温度与压力的关系 形成若干热流束，一部分急速转变为棱沸腾状态，直到最后．整 ３ 各种沸一现场 个都变成为棱沸腾。这种膜沸腾有下限点，称为莱顿福斯特点， 将白金丝置于盛水的烧杯内，通过适当强度的电流加热．开 该点的热流柬，称为核沸腾的极小热流束。 始时，可以见到在白金丝周围的水，由于被加热而形成自然对流 ４参考文献 运动。若进一步增大电流，删随着水温的上升．可以看到从白金 Ｉ安全工学协会．雌炸东京：海文堂出版株式舍社，１９８３ 丝的表面开始产生小气泡，气泡一离开侍热面便立即消失。只要 ２劳动部取业安垒卫生与锅炉压力容器监察局．工业防 实用技术手 水不达到饱和温度范围，就将媸续保持这种状态。这种沸腾称为 册沈阳｝辽宁科学技术出版社，１９９６ 低温沸腾或表面沸腾。 ３（化学工程手册＞编辑委员会．化学工程手册（１）．北京：化学工业出 使烧杯中的水温摄高到接近于它的饱和温度．可发现其产生 版社 １９８９ Ｉ霜 的气泡即使离开传热面也不捎失而直接到达水面．同时使烧杯 内的水激烈地翻动。这种在液体饱和温度下的沸腾．称为饱和沸 腾。这时气泡从其传递面上的若干特定点连继不断地发生，具有 这种产生气泡发生点的沸腾．总称为核沸腾。 若进一步增大电流，便会使气泡产生的点数增加，同时产生 的气泡可将整十传热面覆盖起来，形成巨大的同心气泡。 继续快速加大电流．白金丝可能部分达到自炽化．同心气泡 扩大并将整个液面覆盖。这时由于核沸腾达到了它的上限，蒸汽 膜阻碍了热传导，而使白金丝处于高温状态。如果使用铁丝或铜 丝等作为加热丝．则将被烧断。该烧断时的温度称为熔断点。 若加热丝为白金丝或擞棒．即使温度到达熔断点．也不会烧 断。所以当继续加热时，蒸汽膜会将全部炽热的金属丝包覆起 来．并在气膜的某些部位产生出有规则的气泡。这种被蒸汽膜包 覆加热面的沸腾．称之为膜沸腾。
