水·水蒸气物性值计算（蒸汽表）

输入方法

温度 T（°C）

°C

干度 x（湿蒸气仅限）

过热度 ΔT_sh（°C）

°C

干饱和蒸气

计算结果

—

饱和压力 Psat (kPa)

—

饱和温度 Tsat (°C)

—

焓 h (kJ/kg)

—

熵 s (kJ/kg·K)

—

比体积 v (m³/kg)

—

汽化潜热 hfg (kJ/kg)

T-s 图

T-s 线图上的饱和曲线（饱和液线·饱和蒸气线）与当前状态点 ●。

P-T 图

饱和曲线（温度-饱和压力）。● 为当前设定温度·压力。

焓 h

关于饱和温度 T 的 hf（饱和水）·hfg（汽化潜热）·hg（干饱和蒸气）变化。

理论·主要公式

饱和压力的 Antoine 近似（0～370°C）：

$\ln P_{sat}[\text{kPa}] \approx 16.3872 - \frac{3885.70}{T[\text{K}] - 42.98}$

湿蒸气（干度 x）的状态量：

$h = h_f + x \cdot h_{fg}, \quad s = s_f + x \cdot s_{fg}, \quad v = v_f + x \cdot v_{fg}$

朗肯循环的理论热效率：

$\eta_{th} = \frac{(h_1 - h_2) - (h_{fw} - h_{cond})}{h_1 - h_{fw}}$

其中状态1 = 轮机入口、状态2 = 轮机出口、fw = 给水、cond = 凝结器出口。

蒸汽表和水蒸气循环 — 对话理解

🙋

「蒸汽表」与理科中学到的水沸点（100°C）有关系吗？

🎓

直接相关。水在1气压（101.3kPa）时在100°C沸腾，但压力改变时沸点也会改变。高山上气压低，水在90°C多时就沸腾了。反过来，高压锅通过提高内压达到120°C以上来加快烹饪。蒸汽表就是汇总了「什么温度·压力下液体和气体共存」「那时能量状态如何」的全部数据。发电厂和化工厂的设计每天都在用这个基础数据。

🙋

「焓」是什么？与温度有什么不同？

🎓

温度是「有多热」的指标，焓 h 是「该物质拥有的能量（内部能量 + 流动功）」。用 h = u + Pv 表示。例如100°C的水 hf ≈ 419 kJ/kg，100°C的蒸汽 hg ≈ 2676 kJ/kg，差值（汽化潜热 hfg）约 2257 kJ/kg。相同温度下蒸汽拥有的能量远多于水。

🙋

「干度 x」是什么？蒸汽「潮湿」是什么意思？

🎓

沸腾状态（气液共存）时，水和蒸汽混合在一起。干度 x 是「1kg混合物中有多少kg是气相」的比例。x=0 是全部液体（饱和水），x=1 是全部蒸汽（干饱和蒸汽）。x=0.8 时有0.8kg蒸汽、0.2kg水滴。轮机工作时湿蒸汽（x < 1）会侵蚀叶片，所以再热循环把蒸汽重新过热回干蒸汽的设计很重要。

🙋

发电厂的蒸汽轮机为什么压力·温度越高效率越好？

🎓

从卡诺效率 η = 1 - T_cold/T_hot 看，热源温度 T_hot 越高理论效率越高。实际朗肯循环也一样，轮机入口蒸汽的温度·压力提高时，h_in 增大，在相同凝结器条件（T_cold）下焓差（= 功量）也增加。最新的超临界压发电厂（P > 22.1MPa、T > 600°C）达到了45～50%的热效率。

🙋

熵 s 是什么？T-s 线图在设计中常用的原因？

🎓

熵是「不可逆性的量度」，可逆绝热过程中 s = const.（等熵）。T-s 线图中有「面积 = 热量（∫T ds）」这个重要关系，循环的功量 = 闭合区域的面积，能直观理解。用轮机的等熵效率 η_T = 实际功/理想功时也要用到。这是设计工程师首先画的图纸之一。

🙋

水的临界点（22.1MPa、374°C）有什么特别之处？

🎓

临界点以上液体和气体不再有区别，成为「超临界流体」。液体的密度和气体的性质兼备，汽化潜热 hfg 变成零。超临界压锅炉就是在这个状态下加热水，不经历相变就连续地从压缩液变成蒸汽。还能避免热传导不均（DNB）的好处。咖啡的「超临界CO₂萃取」也是同样的原理。

常见问题

基于国际标准 IAPWS-IF97（工业公式1997）计算。水的状态方程分为多个区域（液相、两相、蒸气相、高温高压域），使用高精度多项式近似。本工具采用 Antoine 方程等近似公式，与 IAPWS-IF97 的误差在数%以内，精密计算请使用专业软件。

再热循环（Reheat cycle）：在轮机中段重新加热蒸汽，降低低压轮机出口的含水度（防止叶片侵蚀 + 提高效率）。再生循环（Regenerative cycle）：用轮机中间段的抽汽加热给水，通过提高锅炉入口温度来提高效率。大型火电和核电厂通常采用两种循环的组合。

水·水蒸气的物性值（密度·比热·粘性·热导率）强烈依赖温度和压力，CFD/热分析必须准确设置物性值的压力-温度相关性。包含相变（沸腾·凝结）时需要 VOF 法或 Mixture 模型。OpenFOAM 用 compressibleInterFoam，Fluent 用 Mixture 模型。饱和压力附近需特别注意物性值的急剧变化。

沸腾热传导从核沸腾转变为膜沸腾时的最大热流密度。超过此值会发生「烧损」，热传导急剧下降。核反应堆严格管理 DNBR（偏离核沸腾比）= 实际CHF / 局部热流密度 ≥ 1.3（安全标准）。压力、过冷度、流速对 CHF 有重大影响。

火电（超临界压）：T = 600～700°C、P = 25～30 MPa、热效率 45～50%。沸腾水型反应堆（BWR）：T ≈ 285°C、P ≈ 7 MPa、湿蒸汽（x ≈ 0.15）。压水型反应堆（PWR）：一回路冷却水 T = 315°C、P = 15 MPa（不沸腾），二回路轮机蒸汽 T ≈ 280°C、P ≈ 6 MPa。核反应堆因材料限制温压较低，热效率 30～35% 小于火电。

①流动加速腐蚀（FAC）：高速水·湿蒸汽流对钢管腐蚀。通过 pH 管理（铁的 FAC 防止需 pH≥9.2）和选用含铬钢对策。②高温蒸汽氧化（积垢）：高温高压蒸汽中 Fe₂O₃ 积垢。超临界压锅炉的问题。③应力腐蚀开裂（SCC）：不锈钢的溶解氧管理关键。蒸汽水质管理是电厂可靠性的基础。

水·水蒸气物性值计算（蒸汽表）概述

本物理模型基于 IAPWS-IF97 工业标准计算水及水蒸气的热力学状态。在饱和状态下，输入温度 $T$ 或压力 $p$，可确定饱和曲线上液相（饱和水）和气相（饱和蒸气）的比体积 $v'$, $v''$、比焓 $h'$, $h''$、比熵 $s'$, $s''$。在湿蒸气区，用干度 $x$ 计算任意状态量 $y$： $$ y = y' + x (y'' - y') $$ 在过热蒸汽区，由指定的 $p$ 和 $T$ 直接通过插值求得状态量。同时在 T-s 线图上实时绘制饱和曲线和等压线，支持朗肯循环中轮机出口含水度评估和锅炉热量计算。熵生成分析中以下不可逆性评估公式有用： $$ \Delta s = s_2 - s_1 \geq 0 $$

实际应用

产业应用实例
火力发电厂和化工厂实时监控锅炉和蒸汽轮机运行条件时使用本工具。例如，三菱重工的蒸汽轮机设计中，计算过热蒸气的焓和干度，用于轮机叶片腐蚀防止和热效率优化。食品工业中，阿尔法·拉瓦尔公司的换热器设计利用饱和蒸气的比体积确定管道尺寸，实现节能运行。

研究·教育应用
大学热力学实验和毕业设计中，将朗肯循环理论值与实测值对比。例如，东北大学能源工程科系利用 T-s 线图可视化功能，帮助学生理解蒸汽轮机内部的不可逆损失，采用本工具作为学习教材。通过干度 x 的设置，学生能直观学习湿蒸汽区熵变，并与蒸汽表手工计算对照，提高分析精度。

与 CAE 分析的联动及实务定位
本工具可用作 CAE 软件（ANSYS Fluent、STAR-CCM+）的物性值输入接口，将过热蒸汽的比体积、焓反映到边界条件中。例如，锅炉内部热流动分析利用饱和曲线数据优化相变模型的精度。实务中，设计阶段试错减少，运行参数实时优化，电厂整体能效改善 3～5% 的案例已有报告。

常见误区与注意事项

容易误以为「饱和温度和饱和压力可独立设定」，但实际上饱和状态下温度与压力一一对应，不能同时任意指定两者。例如，0.1 MPa 的饱和温度固定为约 99.6°C，与此不同的温度同时指定会进入非饱和状态（过热蒸汽或过冷水）。另外，「干度 x = 0.5 是质量的一半是蒸汽」这样的理解有问题，因为饱和水和饱和蒸汽的物性值差异很大，x = 0.5 时比体积实际上接近饱和蒸汽的值。此外，过热蒸汽计算有时采用理想气体近似，但在高压·低温区域与实际气体行为偏差很大，必须查阅蒸汽表数据。

输入方法

蒸汽表和水蒸气循环 — 对话理解

常见问题