这个简单问题难倒了好多人

孚雷德 · 发表于 2021-1-20 14:38:17

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本帖最后由孚雷德于 2021-1-20 14:38 编辑

这个简单问题难倒了好多人

一台经过严格保温近乎绝热的压力容器空罐，其上端经过截止阀与蒸汽管道相连。蒸汽管道内的蒸汽压力1.1Mpag,温度350℃。现开启罐体顶部的阀门使蒸汽进入罐内，直到罐内压力也达到1.1Mpag后关闭进口阀门。

问：这时罐内蒸汽温度是多少℃？

“350℃”，您是不是也会毫不犹豫地这样回答？这个问题，是孚雷德在提供蒸汽节能培训前向参会技术人员进行问卷调查的内容之一，几乎所有人都毫不犹豫地给出了如此答案。从常识性来看，这种回答似乎没有问题，但热力学自有其奇妙之处，其真知超出我们通常的认知，使得好多专业人员都被这个看起来简单的问题难倒了！

下面让我们一起来根据热力学知识，求出其正确答案。

首先，进入罐内蒸汽的质量min－流出罐内的蒸汽质量mout＝罐体内蒸汽质量变化△m。由于mout＝0，△m＝min。则，对于一台空罐而言，如上充满蒸汽后，罐内的蒸汽质量m＝△m＝min

其次，Ein－Eout＝△E, (Qin+Win+ Em/in)－(Qout+Wout+ Em/out)＝△E┄┄①。其中，Q为热能变化量，W为机械能变化量，Em为由蒸汽质量改变引起的能量变化部分。△E为过程中能量的总变化量。由于整个过程没有热传递和机械功，所以①式中的所有Q和W均为零，则上式简化为Em/in－Em/out＝△E┄┄②。

另外，在整个过程中，没有蒸汽从罐体内流出，因此②式变为Em/in＝△E。又由于充满同等压力的蒸汽后，罐内蒸汽的总能量E就是△E，故Em/in＝E┄┄③。

还有，流动的蒸汽总能量由蒸汽的热焓、动能、势能三部分组成，即Em/in＝H+Ki+Pi ┄┄④；静止的蒸汽总能量由蒸汽的内能、动能、势能三部分组成，即E＝U+K+P┄┄⑤。将式④、⑤代入式③式得：H+Ki+Pi＝U+K+P┄┄⑥。因罐体是静止的，蒸汽进入罐体前后动能和势能没有发生变化，故式⑥变为：H＝U，即h* min＝u*m。而从前面可知，m＝△m＝min，则h＝u，意味着罐内蒸汽的内能等于蒸汽进入罐体前的热焓值。

根据管道蒸汽压力1.1Mpag、温度350℃查得h＝3154.2kj/kg。那么，按照蒸汽压力1.1Mpag和u＝3154.2kj/kg查得，罐内蒸汽温度大约518℃。

管道内的蒸汽进入罐内后，温度提高了168℃。这样的结果令很多人大跌眼镜！其回答错误当然也在意料之中。问题是，哪里来的热能让蒸汽的温度升高？答案是，流动蒸汽的热焓h＝Pv(流动能)+ u(内能)，流动的蒸汽进入罐体内流动停止，其流动能转化为内能，而内能的增加体现在蒸汽温度的提高。

理解此问题的实际意义 在选择蒸汽储罐时，如果按错误的理解选择了耐压耐温1.1Mpag/温度350℃的压力容器罐，就容易发生危险，因为罐内的蒸汽参数实际是1.1Mpag/518℃。

您是否也曾被这个看似简单的问题难倒过？通过上面的内容，您想必已经明其果、知其因。希望孚雷德的每篇文章都能给关注我们的朋友们带来收获，哪怕就那么一点点。

zytxyz · 发表于 2021-1-20 23:32:25