鍋爐的工質(zhì)是水和蒸汽，要了解鍋爐的工作原理，必須了解水和蒸汽的基本性質(zhì)。

一、水的性質(zhì)

純水是無色、無味、透明的液體，是由氫和氧兩種元素化合成的，其化學(xué)分子式為H2O。

(一)水呈有三態(tài)

水的形態(tài)隨溫度變化而變化，它會(huì)呈現(xiàn)出液態(tài)(水)氣態(tài)(水蒸氣)和固態(tài)(冰)等三種形態(tài)，它們之間能夠互轉(zhuǎn)化，如圖2-2所示。

鍋爐中的水蒸氣是由鍋水吸收燃料燃燒放出的熱量而形成的。

圖2-2　水的三態(tài)變化

(二)水的體積與溫度的關(guān)系

在大氣壓力下，溫度為4℃時(shí)，水的體積最小，密度最大。超過或低于4℃時(shí)，其體積均要膨脹變大，而密度減小。由此可見，水和其他物質(zhì)不同，大多數(shù)物質(zhì)的體積與溫度成正比，而水是一種反常的液體，所以在冬季停用的鍋爐和管道內(nèi)不要存水，以免結(jié)冰而體積膨脹，導(dǎo)致鍋爐設(shè)備損壞。

（三）水平面

圖2-3　連通器

水在連通器里，當(dāng)水面上的壓力(壓強(qiáng))相等時(shí)，水面始終保持相平，如圖2-3所示。鍋爐的水位表就是根據(jù)這個(gè)原理制成的，因?yàn)樗槐砼c鍋筒是一個(gè)連通器，所以水位表顯示的水位就是鍋筒的實(shí)際水位。

(四)水對容器的壓力

水在容器內(nèi)對任何方向都有壓力，且在相同高度時(shí)對各方向的壓力均相等。高度不同時(shí)，壓力也就不同。所以，在同一臺(tái)鍋爐上，如幾只壓力表安裝的位置不同，其指示的壓力也不一樣。高度降低1m，壓力就增大9.8KPa(0.1kgf/cm2)。

(五)水的比熱

水的比熱高于其他任何液體的比熱。所謂比熱，是指單位質(zhì)量物質(zhì)溫度升高(或降低)l℃=時(shí)所吸收(或放出)的熱量。水的比熱為4.1868kJ/(kg·K)[(1kcal/(kg·℃)]，柴油的比熱為2.093kJ/(kg·K)[0.50kcal/(kg·℃)]，即一定量的水，在溫度升高時(shí)所吸收的熱量或溫度降低時(shí)所放出的熱量，比其他液體在相同的情況下所吸收或放出的熱量要多。因此，常常利用水作為吸熱和冷卻的介質(zhì)。

(六)水的壓縮系數(shù)

水的壓縮系數(shù)極小，因此水在密閉容器內(nèi)，受到外加壓力時(shí)，其體積幾乎沒有縮小，但是能夠向各個(gè)方向均勻地傳遞壓力。我們就是利用這個(gè)原理，對鍋爐進(jìn)行水壓試驗(yàn)，以檢驗(yàn)鍋爐受壓元、部件的強(qiáng)度和嚴(yán)密性。

二、飽和水和水蒸氣的性質(zhì)

(一)飽和狀態(tài)

當(dāng)液體放置在封閉容器中時(shí)，隨時(shí)均有液體分子通過液面進(jìn)入上面空間，同時(shí)也有氣態(tài)分子返回液體中。前一現(xiàn)象稱為液體的氣化或蒸發(fā)，后一現(xiàn)象稱為蒸汽的液化或凝結(jié)。當(dāng)達(dá)到某一狀態(tài)時(shí)，汽化和液化的速度相等，達(dá)到所謂的動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)，兩種過程仍在不斷進(jìn)行，但總的結(jié)果使?fàn)顟B(tài)不再改變。我們稱這時(shí)的狀態(tài)為“飽和狀態(tài)”。

(二)飽和水、飽和蒸汽和過熱蒸汽

在一定的壓力下，對水不斷加熱，水溫將逐漸上升，最后水開始沸騰，達(dá)到上述的飽和狀態(tài)，水溫達(dá)到沸點(diǎn)并且不再上升，隨著加熱而使水陸續(xù)地轉(zhuǎn)化為蒸汽，只要壓力保持不變，水和蒸汽均始終保持該溫度并且不再改變。此溫度稱之為飽和溫度，它與壓力有關(guān)，壓力不變，飽和溫度不變；壓力升高，飽和溫度也相應(yīng)升高。這種具有飽和溫度的水和蒸汽分別稱為飽和水和飽和蒸汽。與飽和溫度對應(yīng)的壓力稱為飽和壓力。

將飽和蒸汽繼續(xù)加熱，此時(shí)壓力不變而蒸汽溫度升高，并超過了飽和蒸汽的溫度，該溫度稱為過熱溫度，具有過熱溫度的蒸汽稱為過熱蒸汽。