水与蒸汽的性质

锅炉的工质是水和蒸汽，要了解锅炉的工作原理，必须了解水和蒸汽的基本性质。

一、水的性质

纯水是无色、无味、透明的液体，是由氢和氧两种元素化合成的，其化学分子式为H2O。

(一)水呈有三态

水的形态随温度变化而变化，它会呈现出液态(水)气态(水蒸气)和固态(冰)等三种形态，它们之间能够互转化，如图2-2所示。

锅炉中的水蒸气是由锅水吸收燃料燃烧放出的热量而形成的。

图2-2　水的三态变化

(二)水的体积与温度的关系

在大气压力下，温度为4℃时，水的体积最小，密度最大。超过或低于4℃时，其体积均要膨胀变大，而密度减小。由此可见，水和其他物质不同，大多数物质的体积与温度成正比，而水是一种反常的液体，所以在冬季停用的锅炉和管道内不要存水，以免结冰而体积膨胀，导致锅炉设备损坏。

（三）水平面

图2-3　连通器

水在连通器里，当水面上的压力(压强)相等时，水面始终保持相平，如图2-3所示。锅炉的水位表就是根据这个原理制成的，因为水位表与锅筒是一个连通器，所以水位表显示的水位就是锅筒的实际水位。

(四)水对容器的压力

水在容器内对任何方向都有压力，且在相同高度时对各方向的压力均相等。高度不同时，压力也就不同。所以，在同一台锅炉上，如几只压力表安装的位置不同，其指示的压力也不一样。高度降低1m，压力就增大9.8KPa(0.1kgf/cm2)。

(五)水的比热

水的比热高于其他任何液体的比热。所谓比热，是指单位质量物质温度升高(或降低)l℃=时所吸收(或放出)的热量。水的比热为4.1868kJ/(kg·K)[(1kcal/(kg·℃)]，柴油的比热为2.093kJ/(kg·K)[0.50kcal/(kg·℃)]，即一定量的水，在温度升高时所吸收的热量或温度降低时所放出的热量，比其他液体在相同的情况下所吸收或放出的热量要多。因此，常常利用水作为吸热和冷却的介质。

(六)水的压缩系数

水的压缩系数极小，因此水在密闭容器内，受到外加压力时，其体积几乎没有缩小，但是能够向各个方向均匀地传递压力。我们就是利用这个原理，对锅炉进行水压试验，以检验锅炉受压元、部件的强度和严密性。

二、饱和水和水蒸气的性质

(一)饱和状态

当液体放置在封闭容器中时，随时均有液体分子通过液面进入上面空间，同时也有气态分子返回液体中。前一现象称为液体的气化或蒸发，后一现象称为蒸汽的液化或凝结。当达到某一状态时，汽化和液化的速度相等，达到所谓的动态平衡。此时，两种过程仍在不断进行，但总的结果使状态不再改变。我们称这时的状态为“饱和状态”。

(二)饱和水、饱和蒸汽和过热蒸汽

在一定的压力下，对水不断加热，水温将逐渐上升，最后水开始沸腾，达到上述的饱和状态，水温达到沸点并且不再上升，随着加热而使水陆续地转化为蒸汽，只要压力保持不变，水和蒸汽均始终保持该温度并且不再改变。此温度称之为饱和温度，它与压力有关，压力不变，饱和温度不变；压力升高，饱和温度也相应升高。这种具有饱和温度的水和蒸汽分别称为饱和水和饱和蒸汽。与饱和温度对应的压力称为饱和压力。

将饱和蒸汽继续加热，此时压力不变而蒸汽温度升高，并超过了饱和蒸汽的温度，该温度称为过热温度，具有过热温度的蒸汽称为过热蒸汽。