干熄焦熱力系統(tǒng)基本知識(shí)

第一節(jié)、常用熱力學(xué)基本概念

1. 溫度：

是標(biāo)志物體冷熱程度的物理量。

按分子運(yùn)動(dòng)學(xué)解釋溫度是大量分子移動(dòng)動(dòng)能平均值的標(biāo)志，溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)的速度加快，反之，溫度降低，分子運(yùn)動(dòng)的速度減慢，如果分子運(yùn)動(dòng)完全停止，此時(shí)溫度為"絕對零度"。

2. 溫標(biāo)：

是測量物體溫度的尺度。

工程上常用的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)。

2.1 華氏溫標(biāo)：

用符號(hào) ℉ 表示。

把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰融點(diǎn)定為320，水沸點(diǎn)定為2120，兩點(diǎn)間分為180分格，每格稱為華氏一度，即表示為1℉。

2.2 攝氏溫標(biāo)：

用符號(hào) ℃ 表示。

把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰融點(diǎn)定為00，水沸點(diǎn)定為1000，兩點(diǎn)間分為100分格，每格稱為攝氏一度，即表示為1℃。

現(xiàn)普遍采用攝氏溫標(biāo)。

兩者換算：

攝氏溫標(biāo)℃＝5/9華氏溫標(biāo)℉－32

華氏溫標(biāo)℉＝9/5攝氏溫標(biāo)℃+32

3. 壓力：

指單位面積上所受的垂直作用力，又稱壓強(qiáng)。

在國際單位制（SI）中，壓力單位為〝帕斯卡〞，簡稱帕（Pa）.

1帕（Pa）＝1牛頓（N）/平方米（㎡）

4. 絕對壓力、表壓力：

4.1 絕對壓力P絕：是指設(shè)備內(nèi)部或某處真實(shí)壓力，它等于表壓力P表與當(dāng)?shù)卮髿鈮毫之和。

P絕＝P表+B

4.2 表壓力P表： 是指設(shè)備內(nèi)部或某處絕對壓力P絕與當(dāng)?shù)卮髿鈮毫之差。

P表＝P絕－B

5. 密度、重度：

5.1 密度ρ：是單位容積V內(nèi)所含物質(zhì)的質(zhì)量m。單位為kg／m3。

ρ＝m／V

5.2 重度γ：是單位容積V內(nèi)所含物質(zhì)的重量G。單位為N／m3。

γ＝G／V

密度和重度的關(guān)系：γ＝ρg

式中，g：重力加速度 g＝9.807≈9.81m／s2

6.比容ν：是單位質(zhì)量m的物質(zhì)所占有的容積V。單位是m3／kg。

ν＝V／m

7.熱量和比熱

7.1 熱量：

是能量的一種形式，它表示物體吸熱和放熱多少的物理量。

熱量單位有焦耳（J）或卡（cal）

1J＝0.2389cal或1kJ＝0.2389kcal（千卡或大卡）

7.2 比熱：

單位質(zhì)量的物體溫度升高或降低1℃所吸收或放出的熱量。

物體比熱與物體的性質(zhì)和所處溫度有關(guān)。

8. 導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）：

是表示材料導(dǎo)熱性能的指標(biāo)，僅與材料本身有關(guān)，是說明材料物理性質(zhì)的參數(shù)。物體的導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上等于一個(gè)厚度為1m，表面積為1 m2的平壁兩側(cè)維持1℃溫差時(shí)，單位時(shí)間傳導(dǎo)給該平壁的熱量。

導(dǎo)熱系數(shù)的單位為W／（m·℃）。

導(dǎo)熱系數(shù)該數(shù)值越小，物質(zhì)的導(dǎo)熱性能越差。

通常把導(dǎo)熱系數(shù)低于0.2 W／（m·℃）的材料稱為保溫材料。

9.汽化：

物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成氣態(tài)的過程叫汽化。

液體的汽化有蒸發(fā)與沸騰兩種方式。

9.1 蒸發(fā)：

在任何溫度下液體表面發(fā)生的汽化現(xiàn)象叫蒸發(fā)。

蒸發(fā)的速度與下列條件有關(guān)：溫度越高，蒸發(fā)越快；蒸發(fā)表面積越大，蒸發(fā)越快；液體表面上蒸汽分子密度越小，蒸發(fā)越快。

9.2 沸騰：

當(dāng)液體被加熱，液體內(nèi)部產(chǎn)生汽泡，當(dāng)汽泡內(nèi)部壓力等于或大于汽泡外部所受壓力時(shí)，汽泡升至液面而破裂，此時(shí)即為沸騰。

9.3 沸點(diǎn)：

液體開始沸騰時(shí)的溫度叫沸點(diǎn)，也稱沸騰溫度，或稱飽和溫度。水的沸點(diǎn)與壓力有關(guān)，在一定壓力下水沸騰時(shí)，沸點(diǎn)保持不變，壓力越高，沸點(diǎn)也越高。

蒸發(fā)與沸騰均是由液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀?，但兩者區(qū)別是在一定壓力下，蒸發(fā)可以在任何溫度下進(jìn)行，而沸騰只有在液體溫度達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)才會(huì)發(fā)生。

10.冷凝：

物質(zhì)從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程叫做冷凝。

冷凝是汽化的逆過程，冷凝時(shí)所形成的液體叫凝結(jié)液。

11.水與水蒸汽的性質(zhì)：

11.1 水的特性：

水的一個(gè)特性是水在4℃時(shí)，密度最大、體積最??；當(dāng)水溫低于4℃或高于4℃時(shí)，其密度逐漸減小，體積逐漸增大。水的另一特性是比熱容較大。由于水有上述兩個(gè)特性，又容易獲得，因此常被用來作為吸熱和放熱（如冷卻和采暖）的介質(zhì)。

11.2 水蒸汽的焓：

熱焓簡稱焓，是熱工計(jì)算中常用的一個(gè)復(fù)合的狀態(tài)參數(shù)。焓常用符號(hào)i表示，單位是J/kg。

從熱力學(xué)的觀點(diǎn)，蒸汽的熱焓就是蒸汽的能量，對于一定狀態(tài)下（溫度、壓力）單位重量的蒸汽，其熱焓是一定的。

11.3 熵：

是一個(gè)常用導(dǎo)出的狀態(tài)參數(shù)，是表示工況狀態(tài)變化時(shí)，其熱量傳遞的程度。在一定條件下，熵在數(shù)值上等于熱量除以溫度的值。

單位是J／K。

11.4 汽化潛熱：

將1千克處于沸騰溫度下的水，全部變?yōu)楦娠柡驼羝麜r(shí)所消耗的熱量叫做汽化潛熱。單位是kJ／kg。水的汽化潛熱是隨壓力的升高而減小的。

11.5. 水的三相點(diǎn)：是指固態(tài)、液態(tài)、汽態(tài)三相共存的狀態(tài)點(diǎn)。

11.6.水蒸汽：

水在一定溫度和壓力時(shí)的沸騰汽態(tài)即為水蒸汽。

蒸汽分為飽和蒸汽和過熱蒸汽。

11.6.1飽和蒸汽：

在封閉容器內(nèi)，當(dāng)蒸發(fā)與凝結(jié)進(jìn)行到一定時(shí)，液、汽兩相動(dòng)態(tài)平衡時(shí)為飽和狀態(tài)，此時(shí)蒸汽為飽和蒸汽，液體為飽和液體，液、汽兩相溫度為飽和溫度，對應(yīng)的壓力為飽和壓力。飽和蒸汽又分為干飽和蒸汽和濕飽和蒸汽。干飽和蒸汽即組成部分均為飽和蒸汽，濕飽和蒸汽即組成部分為飽和蒸汽和飽和液體，由飽和液體變成干飽和蒸汽所吸收的熱量稱汽化潛熱。其過程溫度不變。通常所說蒸汽是指干飽和蒸汽。

11.6.2過熱蒸汽：

在一定壓力下，對干飽和蒸汽繼續(xù)加熱使其溫度升高，此時(shí)蒸汽為過熱蒸汽。其過熱溫度又稱為過熱度。

11.6.3蒸汽的干度、濕度：

干度：水蒸汽中干飽和蒸汽所占的重量百分?jǐn)?shù)叫蒸汽的干度。

濕度：水蒸汽中干飽和水所占的重量百分?jǐn)?shù)叫蒸汽的濕度。

對于干飽和蒸汽，其干度為1。

11.6.4蒸汽的狀態(tài)參數(shù)：

表明蒸汽狀態(tài)特征的物理量稱為蒸汽的狀態(tài)參數(shù)。蒸汽狀態(tài)參數(shù)有壓力、溫度、比容、熱焓、內(nèi)能和熵。

12.熱量傳遞的方式（傳熱）

傳熱現(xiàn)象是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，通常將它分為三種基本方式：熱傳導(dǎo)、對流和熱輻射。

12.1熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）：

是指物體或相鄰兩個(gè)物體熱量從一方轉(zhuǎn)移到另一方，各部分之間無相對位移。這種現(xiàn)象在氣體、液體、固體中均可能發(fā)生。

12.2對流：

只能在氣體、液體中產(chǎn)生，它是流體所特有的一種傳熱方式，它是由于各部分之間發(fā)生相對位移而引起了熱量傳遞。對流換熱的強(qiáng)弱與流體的種類、流速、溫度、固體壁表面形狀及大小等因素有關(guān)。

12.3熱輻射：

熱輻射現(xiàn)象與導(dǎo)熱、對流都不同，是通過電磁波進(jìn)行熱量傳遞。物體在任何溫度下都要放射和吸收輻射能。溫度越高輻射越強(qiáng)。

13. 閃點(diǎn)：

標(biāo)準(zhǔn)條件下，能夠使液體釋放出足夠的蒸氣而形成能發(fā)生閃燃的爆炸性氣體混合物的液體最低溫度叫閃點(diǎn)。

14.功、功率：

功是力所作用的物體在力的方向上的位移與作用力的乘積。

功的大小根據(jù)物體在力的作用下，沿力的作用方向移動(dòng)的位移來決定，改變它的位移，就改變了功的大小。

功的單位為焦耳。

其計(jì)算式為： W=FS （J）

式中： F-作用力，N

S-位移 ，m.

功率是功與完成功所用的時(shí)間之比，也就是單位時(shí)間內(nèi)所做的功。

功率的單位為瓦特。

其計(jì)算式為：P=W／t W

式中 W－功，J

t-做功的時(shí)間， s

15.能：

物質(zhì)作功的能力稱為能。

能的形式一般有：動(dòng)能、位能、光能、電能、熱能等。

熱力學(xué)中應(yīng)用的有動(dòng)能、位能和熱能等。

15.1動(dòng)能：

物體因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)而具有作功的本領(lǐng)叫動(dòng)能。

動(dòng)能與物體的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)。速度越大，動(dòng)能就越大；質(zhì)量越大，動(dòng)能就越大。

動(dòng)能按下式計(jì)算：

EK＝mc2/2 kJ

式中 m-物體質(zhì)量，kg

c-物體速度，m/s

15.2 位能：

由于相互作用，物體之間的相互位置決定的能稱為位能。

物體所處高度位置不同，受地球的吸引力不同而具有的能，稱為重力位能。

15.3 熱能：

物體內(nèi)部大量分子不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為熱運(yùn)動(dòng)。這種熱運(yùn)動(dòng)所具有的能量叫做熱能，它是物體的內(nèi)能。

16．機(jī)械能：

物質(zhì)有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)稱為機(jī)械運(yùn)動(dòng)。機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般表現(xiàn)為宏觀運(yùn)動(dòng)。物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)所具有的能量叫做機(jī)械能。

17.熱力循環(huán)：

工質(zhì)從某一狀態(tài)點(diǎn)開始，經(jīng)過一系列的狀態(tài)變化又回到原來這一狀態(tài)點(diǎn)的封閉變化過程。

18. 循環(huán)熱效率：

工質(zhì)每完成一個(gè)循環(huán)所做的凈功W和工質(zhì)在循環(huán)中從高溫?zé)嵩次盏臒崃縬的比值，即：

η＝W/q

19.節(jié)流：

工質(zhì)在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于通道截面突然縮小，使工質(zhì)流速突然增加，壓力降低的現(xiàn)象。

20. 爆炸極限：

易燃?xì)怏w、易燃液體的蒸氣或薄霧，及易燃固體的粉塵或纖維等與空氣混合，形成爆炸性氣體混合物的濃度，叫爆炸極限。其最低濃度叫爆炸下限，最高濃度叫爆炸上限。爆炸極限通常以可燃介質(zhì)在混合物中的體積百分比表示

21.設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度：

設(shè)計(jì)壓力：一般指設(shè)備或管道運(yùn)行中，內(nèi)部介質(zhì)的最大工作壓力。

設(shè)計(jì)溫度：一般指設(shè)備或管道運(yùn)行中，內(nèi)部介質(zhì)的最高工作溫度。