《缺氧》蒸汽渦輪機吞熱原理講解

《缺氧》在遊戲的後期各個工業裝置會產生大量的溫度，降溫也是遊戲後期的難題之一，想要了解蒸汽渦輪機吞熱原理的玩家請看下面“禿頭叔叔克萊因”帶來的《缺氧》蒸汽渦輪機吞熱原理講解，希望能夠幫助大家。

今天我們來做一個遊戲科普向的介紹，主角是遊戲中非常重要的裝置——蒸汽渦輪機，它是遊戲中除了野外反熵熱量中和器以外唯一的負熵熱控裝置。（以下簡稱為蒸汽機）

首先，澄清一些下面內容中的一些基礎概念：

tick：遊戲迴圈中最小熱量交換計算時間單位，合0.2秒；1秒=5個ticks

DTU：遊戲中的熱量單位，可以視作對於現實J（焦耳）的對應

c：比熱容，是指沒有相變化和化學變化時，1kg均相物質溫度升高1K所需的熱量（參見初中物理）。遊戲中做了大幅簡化，基本為常數

T：溫度（我們使用的是攝氏度 ℃）

我們來看一下它的工作和熱能模型：

蒸汽渦輪機

蒸汽機發電模型：

蒸汽機共5個蒸汽吸入口，每秒每口可以最多吸收125℃以上0.4kg水蒸氣，並將這部分水蒸氣降溫至固定的95℃再排出。蒸汽機每秒吸收熱量的上限是877.59kDTU，並將之轉化為最高850W的電力。遊戲內的蒸汽機有一個和現實不同的熱量黑洞特性，如果氣室內水蒸氣溫度過高，導致每秒吸收熱量超過877.59kDTU，則蒸汽機仍然以850W電力進行輸出。

Power = Min( (85 / 21) * m * (T_steam - 95), 850) （單位W 瓦特）

m：最多2kg的水蒸氣（kg）

T_steam：蒸汽溫度

發電模型的衍生討論——蒸汽機堵口：

因為有877.59kDTU上限這一限制，從最大效用利用蒸汽熱量資源進行發電的角度，才有了控溫堵口這種活用方法。為什麼呢？

假設我們的蒸汽溫度很高，我們希望蒸汽機以幾乎滿負荷的狀態進行工作。那麼，根據吸收釋放熱量公式 Q = c * m * △T，在Q和c為常量時（Q最多為877.59kDTU、c為水比熱容4.179）。

水的比熱容

我們可以看出△T與m水質量是關係函式。其中，m的取值可以因蒸汽機堵口設定成0.4 * n（n為蒸汽機口開放數量），可以推算以下表：

蒸汽渦輪機堵口控制樣例

所以，如果當你的蒸汽室的溫度明顯高於357.32度時，你可能就要考慮的是是否需要在火山/噴泉不超壓的情況下，增加蒸汽室內單位蒸汽的數量，或者無腦增加蒸汽室大小，分攤後以降低單位蒸汽的溫度。

另外，這裡還有一個冷知識，上表內我並沒有給出只開放一口的計算。因為這種情況略有差別，遊戲內換熱計算是1 tick一次，1秒內合5次。如果只有一口吸入蒸汽的話，每秒是0.4kg，每tick平均就是0.08kg。然而，蒸汽機工作需要吸入至少0.1kg的水蒸氣才能算啟動，所以實際工作中，第一個tick的水蒸氣不足以啟動蒸汽機，它會按照每2 ticks工作1 tick來計算，所以最高輸出只有850W的一半，425W。只堵一個口是沒有大意義的。

圖中左三右上二的五個蒸汽機，發電量僅為最大功率的一半

蒸汽機發熱模型：

蒸汽機除了刪除熱量用以發電外，其自身也有過熱溫度（100℃）。在工作時，它會從兩部分吸收熱量升溫，一塊是因吸入蒸汽轉化為水出的熱量比例，這個比例是水相變熱量差的10%；另一塊是工作時自身固定發熱4kDTU。所以，整個發熱量是一個線性相關的模型。

Q = 10% * c * m * △T + const

c：4.179，水的比熱容（kDTU/(kg·℃)）

蒸汽機發熱模型的衍生討論——自冷問題：

什麼時候蒸汽機可以不依賴於外界液冷的降溫，透過95℃的水做自冷？這個問題的解，可以換一個角度來看：

我們把蒸汽機這個部分作為一個單獨的整體來看，它吸收的熱是上小節中的Q = 10% * c * m * △T + const = 10% * 4.179 * 2 * △T + 4（單位為kDTU），而交換這部分熱假設只能透過95℃的水做降溫。考慮到蒸汽機達到100℃時，就無法工作，且管道中水有相變爆管的風險，故能夠使用水這種介質來降溫的最大熱量是 Q = c * m * △T = 4.179 * 2 * (100 - 95) = 41.79kDTU。

同時，我們再假設使用導熱管道能夠進行最充分的換熱，把等式連起來，我們得到：41.79 = 10% * 4.179 * 2 * △T + 4， 即溫差理論最多能夠達到45.21℃，蒸汽理論最高溫度為140.21度。

講在自冷問題的最後，由於上述計算對導熱速度和傳熱均作了完美的前提限定，事實上在實際應用中，是有風險的。所以一般來說，我們會留出10%的buff作為自冷模型的容錯餘量。

90% * 41.79 = 10% * 4.179 * 2 * △T + 4，這樣實際溫差在40.2℃，蒸汽實際最高溫度為135.21度。

考慮到實操，蒸汽溫度相對比較難視覺化，根據先前供電模型的推算，此時蒸汽機大約會以330W的功率做輸出，大家是可以參看蒸汽機平均發電量就能做一個基本判斷。

衍生補充：自冷判斷的應用

基於這個溫度上限，再結合火山的噴發停止週期、噴發元素種類的比熱容，就能很容易的確定該模組是否能夠在理論模型內自冷：

以大名鼎鼎的（la ji）金火山為例：

金的比熱容僅0.129，水的比熱容是它的32.39倍

金屬金：比熱容0.129 kDTU/(kg·℃)，凝固點1063.9℃

一個典型的金火山

金火山：154.3週期內活躍92.5週期；787秒內噴發55秒；每秒噴發6kg溫度為2626.9℃的熔融金。

假設金火山保守自冷模型的定義，是在整個模組絕對不交換熱的前提下（先忽略電器熱量），在噴發的過程中，氣室內的水蒸氣在不刪除熱的情況下，仍然能夠控制在135℃以下：

金火山噴發活躍週期內的新增總熱量： Q = c * m * △T = 0.129 kDTU/(kg·℃) * 6kg/秒 * 55秒 * (2626.9℃ - 125℃) * (10/9) = 118339.65 kDTU

(10/9)的解釋：由於蒸汽機自熱及吸收刪除熱量的1/10，會重新回到蒸汽室，所以蒸汽室裡的熱量是(1 + 1/10 + 1/10 * 1/10 + ...) * Q 的極限，即10/(10-1) * Q。這裡我戰術忽略了自熱的4kDTU，它在先前佔到了10%不到的總量。

我們假設在55秒噴發週期內，即使不刪除熱，蒸汽仍不會超過135℃ ：

噴發週期內新增熱量總數 118339.65 kDTU = c * m * △T = 4.179 kDTU/(kg·℃) * m * (135℃ - 125℃)。計算可得，m = 2831.77kg。（故為了不使火山超壓，至少需要 m / 150kg = 19格大小的氣室）

實際上，在噴發期間，蒸汽機也在工作，所以實際所需的水是可以比計算的要少一些的。簡單的方法，只要看自冷過程中蒸汽機最高發熱量不要超過41.79kDTU/s即可。

沙盒debug模式下，測試安全

由於我遊戲中隨機到的這個金火山的噴發量屬於中等偏低的，一般來說，4000kg水基本可以覆蓋大多數金火山的自冷要求。

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