我曾经无聊的时候看过一个日本动画电影《蒸汽男孩 スチームボーイ》，其中背景设定有个非常有意思的点，人们采用__高温高压__的蒸汽作为动力。如果里面的蒸汽泄露到外面，就会瞬间生成冰晶，制造出恐怖而美丽的冰刺或者雾气。

这样的设定有没有科学依据呢？我们手持油漆罐，防晒喷雾喷涂的时候，也会感觉到手冰凉冰凉的，气体减压吸收热量，带来了凉意，所以这个设定是有一定道理的。

我想到了目前最常见高温高压的场合，超超临界机组内部会存在着最大30MPa，温度约为600左右的高温蒸汽[1]。如果出现泄漏，会瞬间减压到大气压强度，即0.1MPa。

如果不涉及相变，整个过程应该很丝滑，单单理想气体状态方程就解决了。一旦考虑相变就太复杂了，超超临界机组里面的水是均匀相，此时此刻水会同时具备气体和液体的性质，减压降温就到气相了，不满足理想气体状态方程。水的相图如下所示。

为了验证动画的严谨性，那么就先假设350摄氏度（623.15开尔文），10MPa的高压蒸汽进行减压到大气压强度，看看原著是否满足这一条件。

利用理想气体状态方程$PV = nRT$，其中P是压力，V 是体积，n 是摩尔数， R是气体常数，$R = 8.314\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{K}\cdot\mathrm{mol}}$，T是温度（开尔文）。

假设1mol水从隔热等容容器中减压，计算前后的温度变化。可以得到方程组如下，其中下标1为起始状态，下标2为终态：
$P_1V_1 = nRT_1$
$P_2V_2 = nRT_2$
对于等容过程，$V_1$始终等于$V_2$，那么联立可得$\frac{P_1}{T_1}=\frac{P_2}{T_2}$，因此，$T_2=\frac{0.01\times10^{6}\,\mathrm{Pa}\times623.15\,\mathrm{K}}{10\times10^{6}\,\mathrm{Pa}}=6.23\,\mathrm{K}$，6.23开尔文为-266.92摄氏度，因此动画中的情况是可以实现的！至少纸面上似乎是实现了。

但是现实中的泄漏肯定伴随着膨胀，实际肯定没那么低，也是难以计算的。现实生活中也有利用这种方案制冷的机构，常常用于航空发动机中给客舱制冷，或者是工业场景。当然空调也是其中一种。

但还是没有解决一开始的问题——超超临界机组的蒸汽泄漏了怎么办。毕竟这玩意可不能真的在现实漏了，还是得通过计算来解决，后续等我想起来再更新。

参考文献：

1. 杨美, 周云龙, 杨金福, 王迪, 韩东江, & 包佳鑫. (2021). 700℃ 超超临界一次再热发电系统优化. 发电技术, 42(4), 509.