2.7 潜热（Latent Heat）

2.7.1 定义

潜热（Latent Heat）是指：

物质在发生相变过程中，在温度保持不变（理想相变条件下）时吸收或释放的热量。

例如，标准大气压下：

• 水由100 ℃液态变为100 ℃水蒸气；

• 冰由0 ℃固态变为0 ℃液态。

整个过程中，虽然持续吸收热量，但温度保持不变，这部分热量就是潜热。

"Latent" 的本义是潜藏的、隐藏的。之所以称为"潜热"，是因为它不会表现为温度变化，而是"隐藏"在物质的相态变化之中。

2.7.2 为什么吸收热量后温度却不升高？

前面已经知道：

温度反映的是分子平均热运动的剧烈程度。

而潜热对应的能量，并没有继续增加分子的平均动能。

它主要用于改变分子之间的相互作用。

以液态水汽化为例：

液态时，水分子之间存在较强的吸引作用，彼此距离较近。

液态 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●

当继续加热到沸腾时，输入的能量不断削弱分子间作用力，使分子逐渐脱离液体束缚，最终形成气体。

气态 ● ● ● ● ●

在这一过程中：

• 分子平均运动速度变化不大，因此温度基本保持不变；

• 分子之间距离增大，势能增加。

因此：

潜热本质上主要对应分子势能的变化，而不是平均动能的变化。

2.7.3 潜热有哪些类型？

根据相变形式不同，潜热可分为多种类型。

对于 Fluent 来说，最常见的是：

• 汽化潜热；

• 冷凝潜热。

因为它们广泛用于：

• 蒸发；

• 沸腾；

• 冷凝；

• 汽蚀；

• 制冷工质相变。

2.7.4 潜热如何计算？

潜热通常表示为：

其中：

• ：潜热（J）

• m：发生相变的质量（kg）

• L：单位质量潜热（J/kg）

可以看到：

潜热只与发生相变的质量有关，与温度变化无关。

2.7.5 潜热是不是一个固定值？

很多教材会直接给出：

水：

2257 kJ/kg

实际上，这只是特定压力条件下的数值。

潜热会随着压力变化而变化。

例如：

• 压力升高，汽化潜热通常减小；

• 压力降低，汽化潜热通常增大。

继续升高压力，当达到临界点时：

液相和气相之间不再存在明显界面。

此时：

• 液体与气体已经无法区分；

• 相变消失；

• 潜热趋近于零。

因此：

潜热并不是一种固定不变的物性，而是与压力（以及对应的饱和状态）密切相关。

这一点对于制冷剂和超临界流体尤为重要。

2.7.6 潜热与焓的关系

前面已经知道：

显热对应：

温度变化

↓

焓变化。

潜热其实也是焓变化。

区别在于：

因此：

潜热就是相变前后两种状态之间的焓差。

例如：

100 ℃

液态水

↓

100 ℃

水蒸气

二者温度相同。

但是：

蒸汽焓远高于液体焓。

二者差值：

就是汽化潜热。

这一结论非常重要，因为它正是 Fluent 计算潜热的理论基础。

2.7.7 Fluent 中为什么不用直接输入潜热？

很多人在 Fluent 中都会看到：

Standard State Enthalpy

却找不到：

Latent Heat

原因就在于：

Fluent 并不是把潜热作为一个独立参数。

而是根据：

自动计算。

其中：

• ：气相标准状态焓；

• ：液相标准状态焓。

因此：

只要正确设置各相的标准状态焓，软件就能够自动得到潜热。

2.7.8 易混淆概念

潜热期间温度一定完全不变吗？

理论上，对于纯物质、恒压条件下的平衡相变，温度保持不变。

但在实际工程中，由于：

• 压力变化；

• 非平衡相变；

• 多组分混合；

• 数值离散；

计算过程中可能出现一定的温度变化。

因此，"温度不变"是经典热力学中的理想情况。

2.7.9 本节小结

1. 潜热是物质发生相变时，在理想情况下温度保持不变而吸收或释放的热量。

2. 潜热主要对应分子间作用力变化引起的势能变化，而不是平均动能变化。

3. 潜热可表示为 (Q=mL)，其中 (L) 为单位质量潜热。

4. 潜热本质上就是相变前后两种状态之间的焓差。

5. Fluent 通常不直接输入潜热，而是通过液相和气相标准状态焓的差值自动计算潜热。