干熄焦熱力系統基本知識

第一節、常用熱力學基本概念

1. 溫度：

是標志物體冷熱程度的物理量。

按分子運動學解釋溫度是大量分子移動動能平均值的標志，溫度升高，分子運動的速度加快，反之，溫度降低，分子運動的速度減慢，如果分子運動完全停止，此時溫度為"絕對零度"。

2. 溫標：

是測量物體溫度的尺度。

工程上常用的溫標有華氏溫標和攝氏溫標。

2.1 華氏溫標：

用符號 ℉ 表示。

把標準大氣壓下冰融點定為320，水沸點定為2120，兩點間分為180分格，每格稱為華氏一度，即表示為1℉。

2.2 攝氏溫標：

用符號 ℃ 表示。

把標準大氣壓下冰融點定為00，水沸點定為1000，兩點間分為100分格，每格稱為攝氏一度，即表示為1℃。

現普遍采用攝氏溫標。

兩者換算：

攝氏溫標℃＝5/9華氏溫標℉－32

華氏溫標℉＝9/5攝氏溫標℃+32

3. 壓力：

指單位面積上所受的垂直作用力，又稱壓強。

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：是指設備內部或某處真實壓力，它等于表壓力P表與當地大氣壓力B之和。

P絕＝P表+B

4.2 表壓力P表： 是指設備內部或某處絕對壓力P絕與當地大氣壓力B之差。

P表＝P絕－B

5. 密度、重度：

5.1 密度ρ：是單位容積V內所含物質的質量m。單位為kg／m3。

ρ＝m／V

5.2 重度γ：是單位容積V內所含物質的重量G。單位為N／m3。

γ＝G／V

密度和重度的關系：γ＝ρg

式中，g：重力加速度 g＝9.807≈9.81m／s2

6.比容ν：是單位質量m的物質所占有的容積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和所處溫度有關。

8. 導熱系數（熱導率）：

是表示材料導熱性能的指標，僅與材料本身有關，是說明材料物理性質的參數。物體的導熱系數在數值上等于一個厚度為1m，表面積為1 m2的平壁兩側維持1℃溫差時，單位時間傳導給該平壁的熱量。

導熱系數的單位為W／（m·℃）。

導熱系數該數值越小，物質的導熱性能越差。

通常把導熱系數低于0.2 W／（m·℃）的材料稱為保溫材料。

9.汽化：

物質由液態轉變成氣態的過程叫汽化。

液體的汽化有蒸發與沸騰兩種方式。

9.1 蒸發：

在任何溫度下液體表面發生的汽化現象叫蒸發。

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

9.2 沸騰：

當液體被加熱，液體內部產生汽泡，當汽泡內部壓力等于或大于汽泡外部所受壓力時，汽泡升至液面而破裂，此時即為沸騰。

9.3 沸點：

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

蒸發與沸騰均是由液相轉變為氣相，但兩者區別是在一定壓力下，蒸發可以在任何溫度下進行，而沸騰只有在液體溫度達到沸點時才會發生。

10.冷凝：

物質從氣態轉變為液態的過程叫做冷凝。

冷凝是汽化的逆過程，冷凝時所形成的液體叫凝結液。

11.水與水蒸汽的性質：

11.1 水的特性：

水的一個特性是水在4℃時，密度最大、體積最小；當水溫低于4℃或高于4℃時，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。

11.2 水蒸汽的焓：

熱焓簡稱焓，是熱工計算中常用的一個復合的狀態參數。焓常用符號i表示，單位是J/kg。

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

11.3 熵：

是一個常用導出的狀態參數，是表示工況狀態變化時，其熱量傳遞的程度。在一定條件下，熵在數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，全部變為干飽和蒸汽時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：是指固態、液態、汽態三相共存的狀態點。

11.6.水蒸汽：

水在一定溫度和壓力時的沸騰汽態即為水蒸汽。

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，當蒸發與凝結進行到一定時，液、汽兩相動態平衡時為飽和狀態，此時蒸汽為飽和蒸汽，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，對干飽和蒸汽繼續加熱使其溫度升高，此時蒸汽為過熱蒸汽。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數叫蒸汽的干度。

濕度：水蒸汽中干飽和水所占的重量百分數叫蒸汽的濕度。

對于干飽和蒸汽，其干度為1。

11.6.4蒸汽的狀態參數：

表明蒸汽狀態特征的物理量稱為蒸汽的狀態參數。蒸汽狀態參數有壓力、溫度、比容、熱焓、內能和熵。

12.熱量傳遞的方式（傳熱）

傳熱現象是一個非常復雜的過程，通常將它分為三種基本方式：熱傳導、對流和熱輻射。

12.1熱傳導（導熱）：

是指物體或相鄰兩個物體熱量從一方轉移到另一方，各部分之間無相對位移。這種現象在氣體、液體、固體中均可能發生。

12.2對流：

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

12.3熱輻射：

熱輻射現象與導熱、對流都不同，是通過電磁波進行熱量傳遞。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。

13. 閃點：

標準條件下，能夠使液體釋放出足夠的蒸氣而形成能發生閃燃的爆炸性氣體混合物的液體最低溫度叫閃點。

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。

功的大小根據物體在力的作用下，沿力的作用方向移動的位移來決定，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間之比，也就是單位時間內所做的功。

功率的單位為瓦特。

其計算式為：P=W／t W

式中 W－功，J

t-做功的時間， s

15.能：

物質作功的能力稱為能。

能的形式一般有：動能、位能、光能、電能、熱能等。

熱力學中應用的有動能、位能和熱能等。

15.1動能：

物體因為運動而具有作功的本領叫動能。

動能與物體的質量和運動的速度有關。速度越大，動能就越大；質量越大，動能就越大。

動能按下式計算：

EK＝mc2/2 kJ

式中 m-物體質量，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：

物體內部大量分子不規則的運動稱為熱運動。這種熱運動所具有的能量叫做熱能，它是物體的內能。

16．機械能：

物質有規律的運動稱為機械運動。機械運動一般表現為宏觀運動。物質機械運動所具有的能量叫做機械能。

17.熱力循環：

工質從某一狀態點開始，經過一系列的狀態變化又回到原來這一狀態點的封閉變化過程。

18. 循環熱效率：

工質每完成一個循環所做的凈功W和工質在循環中從高溫熱源吸收的熱量q的比值，即：

η＝W/q

19.節流：

工質在管內流動時，由于通道截面突然縮小，使工質流速突然增加，壓力降低的現象。

20. 爆炸極限：

易燃氣體、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在混合物中的體積百分比表示

21.設計壓力、設計溫度：

設計壓力：一般指設備或管道運行中，內部介質的最大工作壓力。

設計溫度：一般指設備或管道運行中，內部介質的最高工作溫度。