這個簡單問題難倒了好多人
一臺經過嚴格保溫近乎絕熱的壓力容器空罐，其上端經過截止閥與蒸汽管道相連。蒸汽管道內的蒸汽壓力1.1Mpag,溫度350℃。現開啟罐體頂部的閥門使蒸汽進入罐內，直到罐內壓力也達到1.1Mpag后關閉進口閥門。
問：這時罐內蒸汽溫度是多少℃？
“350℃”，您是不是也會毫不猶豫地這樣回答？這個問題，是孚雷德在提供蒸汽節能培訓前向參會技術人員進行問卷調查的內容之一，幾乎所有人都毫不猶豫地給出了如此答案。從常識性來看，這種回答似乎沒有問題，但熱力學自有其奇妙之處，其真知超出我們通常的認知，使得好多專業人員都被這個看起來簡單的問題難倒了！
下面讓我們一起來根據熱力學知識，求出其正確答案。
首先，進入罐內蒸汽的質量min－流出罐內的蒸汽質量mout＝罐體內蒸汽質量變化△m。由于mout＝0，△m＝min。則，對于一臺空罐而言，如上充滿蒸汽后，罐內的蒸汽質量m＝△m＝min
其次，Ein－Eout＝△E, (Qin+Win+ Em/in)－(Qout+Wout+ Em/out) ＝△E┄┄①。其中，Q為熱能變化量，W為機械能變化量，Em為由蒸汽質量改變引起的能量變化部分。△E為過程中能量的總變化量。由于整個過程沒有熱傳遞和機械功，所以①式中的所有Q和W均為零，則上式簡化為Em/in－Em/out＝△E┄┄②。
另外，在整個過程中，沒有蒸汽從罐體內流出，因此②式變為Em/in＝△E。又由于充滿同等壓力的蒸汽后，罐內蒸汽的總能量E就是△E，故Em/in＝E┄┄③。
還有，流動的蒸汽總能量由蒸汽的熱焓、動能、勢能三部分組成，即Em/in＝H+Ki+Pi ┄┄④；靜止的蒸汽總能量由蒸汽的內能、動能、勢能三部分組成，即E＝U+K+P┄┄⑤。將式④、⑤代入式③式得：H+Ki+Pi＝U+K+P┄┄⑥。因罐體是靜止的，蒸汽進入罐體前后動能和勢能沒有發生變化，故式⑥變為：H＝U，即h* min＝u*m。而從前面可知，m＝△m＝min，則h＝u，意味著罐內蒸汽的內能等于蒸汽進入罐體前的熱焓值。
根據管道蒸汽壓力1.1Mpag、溫度350℃查得h＝3154.2kj/kg。那么，按照蒸汽壓力1.1Mpag和u＝3154.2kj/kg查得，罐內蒸汽溫度大約518℃。
管道內的蒸汽進入罐內后，溫度提高了168℃。這樣的結果令很多人大跌眼鏡！其回答錯誤當然也在意料之中。問題是，哪里來的熱能讓蒸汽的溫度升高？答案是，流動蒸汽的熱焓h＝Pv(流動能)+ u(內能)，流動的蒸汽進入罐體內流動停止，其流動能轉化為內能，而內能的增加體現在蒸汽溫度的提高。
理解此問題的實際意義 在選擇蒸汽儲罐時，如果按錯誤的理解選擇了耐壓耐溫1.1Mpag/溫度350℃的壓力容器罐，就容易發生危險，因為罐內的蒸汽參數實際是1.1Mpag/518℃。
您是否也曾被這個看似簡單的問題難倒過？通過上面的內容，您想必已經明其果、知其因。希望孚雷德的每篇文章都能給關注我們的朋友們帶來收獲，哪怕就那么一點點。