蒸汽基础
蒸汽的类型
如果水吸收到了超过需要达到沸点的热量，就会蒸发成气态的蒸汽。然而，并非所有的蒸汽都是相同的。蒸汽的性能很大程度上取决于它的压力和温度。
本文的内容是蒸汽的类型和应用，我们需要探讨的是蒸汽的几个应用。在下面的章节中，我们将根据蒸汽的应用将它分为几个不同的类型。
水与蒸汽：压力-温度之间的关系
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当水被加热到沸点（显热）后，将会吸收更多的热量（潜热）来蒸发，从而形成干蒸汽。如果这种蒸汽再被加热到热饱和点以上，它就变成了过热蒸汽（显热）。
饱和蒸汽
上图的黑色曲线表示饱和蒸汽温度和压力之间的关系，在这个关系中蒸汽（气态）和水（液态）可以共存。换句话说，水的气化率等于凝结率。
利用饱和蒸汽加热
饱和蒸汽具有很多优点，特别是在100°C （212 ° F）及以上的温度下，这使得它成为了出色的热源，其中的一些优点如下：
| 特点 | 优点 |
| 利用潜热快速，均匀的加热 | 提高产品质量和生产效率 |
| 控制压力就可以控制温度 | 可以迅速的确定和控制温度 |
| 传热系数高 | 要求传热面积相对较小，能够有效的减少初期的设备投入。 |
| 原料是水 | 安全清洁且低成本 |
小贴士
使用饱和蒸汽加热产品必须牢记以下几点：
- 如果在加热过程中如果不使用干饱和蒸汽可能会造成产品加热效率降低，和常识相反的是，锅炉所产生的蒸汽往往都不是干蒸汽，而是包含着一些没有完全蒸发的水分子的湿蒸汽。
- 热辐射的热量损失使得一些蒸汽凝结，因此湿蒸汽会更加潮湿，并且形成冷凝水。因此，必须在管道适当的部位安装疏水阀从而将冷凝水排出。
- 重的冷凝水会从蒸汽中落下并且被管道底部的疏水阀排出，但是夹带着小水滴的湿蒸汽还是会降低产品的换热效率。因此，必须在管道的某些部位安装汽水分离器。
- 由于蒸汽在管道中的摩擦等会造成压力的损失，因此也会导致蒸汽温度的相应损失。
湿蒸汽
锅炉所产生的蒸汽是最常见的湿蒸汽产生形式，它生产出的蒸汽中会夹带没有完全蒸发的水分子，从而产生潮湿的蒸汽。即使是最好的锅炉生产出的蒸汽一般也有3%～5%的湿度。由于水是以接近饱和状态的情况下蒸发的，因此水都是以雾气和漂浮的小水滴形式存在的，它会夹杂在上升的蒸汽之中，这也就是为什么我们要使用汽水分离器来将蒸汽中的水份排除。
过热蒸汽
如果蒸汽在超过了湿蒸汽和饱和蒸汽的温度下继续加热，就会产生过热蒸汽。它具有比饱和蒸汽更高的温度和更低的密度。过热蒸汽一般应用于推动涡轮发动机等，而非通常的传热设备。
利用过热蒸汽驱动涡轮的优势。
- 为了保证驱动设备不会因为冷凝水受损，因此一般使用过热蒸汽。
- 为了提高热效率和工作能力，例如：在低压蒸汽下的过热度达到极大的比容，甚至真空的情况。
供给和排放时都使用过热蒸汽有个明显的优点就是在蒸汽驱动设备的时候不会产生冷凝水，这样就能有效的避免由于碳酸侵蚀和腐蚀设备的危险。此外，汽轮机的理论热效率是和其出口和入口的焓值相关联的。因此提高了过热蒸汽的压力就等于提高汽轮机入口方向的焓值，从而有效提供了热效率。
利用过热蒸汽加热的缺点
| 特点 | 缺点 |
| 传热系数低 | 生产效率低下 |
| 需要较大的传热面积 | |
| 不能够通过压力的控制来调控蒸汽温度 | 过热蒸汽需要保证较高的运输速度，不然热量会从系统中损失从而导致温度的下降。 |
| 使用显热来传递热能 | 温度的下降可能对产品造成不利的影响 |
| 温度可能非常高 | 需要建设坚固的设备，因此需要较高的初期投入 |
由于这些原因，在热交换器中，饱和蒸汽比过热蒸汽更适合作为热源。另外一方面来看，它还具另外一个优势，高温蒸气可以在无氧环境下作为一个直接加热源。过热蒸汽在食品加工行业方面，例如烹煮、烘干等的相关应用研究也在进行中。
超临界水
超临界水顾名思义就是指超越了临界点的水：22.1MPa，374℃（3208 psia，705°F）。在临界点上，蒸汽的潜热为零。而且它的比容无论是在液体或是气体都是一样的。也就是说，水在超过了临界点的的压力和温度的情况下既不是液体也不是气体。
超临界水是发电厂为了得到更高的效率而用来驱动涡轮机的介质。超临界水还具有气体和液体的两种特性，并且它非常的适宜作为化学溶剂，目前，超临界水的研究也正在不断的进行之中。
不同种类的水
非饱和水
水是地球上最常见的物质。人体的70%都是水。在液态的水中，氢键将水分子链接在一起。因此，非饱和水具有紧凑致密且稳定的结构。
饱和蒸汽
饱和蒸汽分子是无色的。当饱和蒸汽从管道中被排放至大气，热量被传递到了空气中，部分的水就会凝结成白色的雾气（微小的水滴），这就是湿蒸汽。
在一个蒸汽系统中，从疏水阀直接排出的白色雾气常常被误认为是饱和蒸汽（生蒸汽），但实际上它是闪蒸气。这两者之间显著的区别就是：饱和蒸汽是无色的，而在管道末端出现的闪蒸气能瞬间产生一些小水滴。
过热蒸汽
只要保持过热的状态，过热蒸汽即使接触到大气导致温度下降，也不会立刻凝结。因此，它不会产生白色的雾气。过热蒸汽能比相同压力的饱和蒸汽储存更多的热量，其分子运动更迅速，因此它的密度更低（即它具有较大的比容）。
超临界水
因为它既不是气体也不是液态，所以难以用肉眼去观察它的存在形式。通常这被认为这是一种接近气体，而密度更接近于液体的一种分子运动。