第二章 温度、热量与能量（七）---潜热
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。
| 相变过程 | 潜热名称 |
|---|---|
| 固 → 液 | 熔化潜热（Latent Heat of Fusion） |
| 液 → 固 | 凝固潜热 |
| 液 → 气 | 汽化潜热（Latent Heat of Vaporization） |
| 气 → 液 | 冷凝潜热 |
| 固 → 气 | 升华潜热 |
| 气 → 固 | 凝华潜热 |
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：
| 类型 | 温度 | 焓 |
|---|---|---|
| 显热 | 改变 | 改变 |
| 潜热 | 不变（理想相变） | 改变 |
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
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。
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。
潜热可表示为 (Q=mL)，其中 (L) 为单位质量潜热。
潜热本质上就是相变前后两种状态之间的焓差。
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。