【核能科普】平衡态含汽率

平衡态含汽率（Equilibrium Steam Quality）是反应堆热工水力学里面一个很基础的概念。

俞冀阳，反应堆热工水力学（第3版），清华大学出版社，2018.

那么什么是平衡态含汽率呢？我们以汽水两相流系统为例来进行说明。

首先我们来看什么是含汽率。在汽水两相流中，“含汽率”分为质量含汽率和体积含汽率。若没有特指“体积”，则一般指的是质量含汽率，即汽水混合物中蒸汽的质量（或质量流量）份额。

质量份额是以静态时蒸汽的质量占比来定义的，即

按照上式定义的静态含汽率的取值范围为[0,1]。

在流动工况下，一般用蒸汽的质量流量份额来定义，在一维的情况下，流动质量含汽率是这样定义的

由于用的是质量流量(是一个标量，而非矢量)，因此在汽液流动方向相反的时候，这样定义的流动质量含汽率也不会出现负值或大于1的值，取值范围依然是[0,1]。

而平衡态含汽率是指两相处于热力学平衡状态时的含汽率。热力学平衡状态是指汽液两相之间温度相等不再发生能量和质量的交换了，是一种理想状态。定义平衡态含汽率的主要目的是为了确定两相混合物的状态，汽水混合物的状态参数与平衡态含汽率之间存在线性关系。例如混合物的比焓可以通过下式确定：

其中平衡态含汽率为

按照上式定义的平衡态含汽率在计算的时候可能会出现负值或大于1的值。负值表示流体的比焓小于饱和液体的比焓，大于1的值表示流体的比焓大于饱和蒸汽的比焓。

那么含汽率出现负值或者大于1的值，有没有物理意义呢？我们来看看下图:

当然我们也完全可以按照图中红线的方法来分区段定义平衡态含汽率，这样在流体比焓小于饱和液体比焓时，含汽率为零，大于饱和汽比焓时含汽率为1。

然而在实际应用中(例如在很多计算机分析程序中)，我们习惯上不做这样的处理，而是按照图中绿色的虚线的方法来进行外推，因为可以用它来描述欠热或过热状态的能量刻度或者状态判别。

思考题：平衡态含汽率是否就是两相平衡状态下的蒸汽质量份额？