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熱工計(jì)算中常用的名詞解釋

2012-8-20 來(lái)源：瀏覽：7499

一、溫度：

溫度是用來(lái)表示物體冷熱程度的物理量，它反映了物體內(nèi)部大量粒子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度和粒子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的大小。

溫度的數(shù)值標(biāo)尺稱(chēng)為溫標(biāo)。

國(guó)際單位制規(guī)定熱力學(xué)溫標(biāo)，稱(chēng)絕對(duì)溫標(biāo)，單位：開(kāi)爾文（K），符號(hào)：T 中文代號(hào)： K

生產(chǎn)生活中常用的溫標(biāo)是攝氏溫標(biāo)，它是把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的純水開(kāi)始結(jié)冰的溫度（冰點(diǎn)）定為零度，把純水沸騰時(shí)的溫度（沸點(diǎn)）定為100度，在0度與100度之間分出100個(gè)等份，每一份就是1度。單位：攝氏度，符號(hào)：t 代號(hào)：℃。

攝氏溫標(biāo)的每 1℃與熱力學(xué)溫標(biāo)的每 1K相同。

兩種溫標(biāo)的關(guān)系為：T = t + 273.16

二、熱量：

物體吸收和放出熱能的多少稱(chēng)為熱量。符號(hào)：Q 單位：J/s （焦耳/秒）

傳熱的基本方式

1、傳導(dǎo)傳熱：導(dǎo)熱即傳導(dǎo)傳熱，它是依靠物體中微觀(guān)粒子的熱運(yùn)動(dòng)而傳遞熱量的。

熱流：（q）單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)單位面積傳遞的熱量稱(chēng)為熱流。單位：W/m2。

傳熱量：（Q）單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)總傳熱面積（F）傳遞的熱量稱(chēng)為傳熱量。

則有：Q = qf (W)

導(dǎo)熱系數(shù)：（λ）材料的導(dǎo)熱系數(shù)是說(shuō)明在穩(wěn)定傳熱條件下材料導(dǎo)熱性能的一個(gè)指標(biāo)。它的數(shù)值等于當(dāng)材料層單位厚度內(nèi)的溫差為1℃時(shí)，在1h內(nèi)同過(guò)1m2表面積的熱量。

幾種氣體的導(dǎo)熱系數(shù)[W/（m.℃）]

溫度（℃）

空氣

氧氣

二氧化碳

水蒸氣

煙氣

0.0244

0.0246

0.0147

0.0162

0.0228

0.0279

0.0291

0.0186

0.0198

0.0271

100

0.0321

0.0329

0.0228

0.0240

0.0313

200

0.0293

0.0406

0.0301

0.0330

0.0401

300

0.0460

0.0480

0.0390

0.0433

0.0484

400

0.0520

0.0550

0.0472

0.0550

0.0570

500

0.0574

0.0614

0.0548

0.0675

0.0656

600

0.0621

0.0674

0.0620

0.0820

0.0742

700

0.0665

0.0727

0.0686

0.0975

0.0827

800

0.0705

0.0775

0.0750

0.1150

0.0915

900

0.0740

0.0818

0.0809

0.1332

0.1000

1000

0.0770

0.0856

0.0860

0.1520

0.1090

1100

0.0802

0.0936

0.1170

1200

0.0843

0.0982

0.1260

注：煙氣成份：CO2 - 13% H2O – 11% N2 – 76%

水的導(dǎo)熱系數(shù)

溫度（℃）

100

導(dǎo)熱系數(shù)[W/(m.℃)]

0.558

0.596

0.643

0.647

0.663

0.681

幾種有機(jī)液體的導(dǎo)熱系數(shù) [W/(m.℃)]

溫度（℃）

乙醇

甲醇

丙酮

甲苯

苯

甘油

蓖麻油

重油

0.188

0.214

0.175

0.154

0.184

0.211

0.169

0.136

0.144

0.279

0.180

0.119

0.177

0.207

0.163

0.129

0.138

0.283

0.177

0.115

100

0.151

0.119

0.126

0.286

0.171

0.111

幾種金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)[W/(m.℃)]

材料名稱(chēng)

（℃）

100（℃）

200（℃）

300（℃）

400（℃）

600（℃）

800（℃）

銀

428

422

415

407

399

384

352

純銅

401

393

389

384

379

366

黃銅（70 Cu 30 Zn）

106

131

143

145

148

青銅（89 Cu 11 Sn）

28.4

33.2

純鋁

236

240

238

234

228

215

純鐵

83.5

72.1

63.5

56.5

50.3

39.4

29.6

碳鋼（C = 1%）

43.0

42.8

43.2

46.5

40.6

36.7

32.2

鉻鋼（Cr = 5%）

36.3

35.2

34.7

33.5

31.4

28.0

27.2

鎳鋼（Ni = 35%）

13.4

15.4

17.1

18.6

20.1

23.1

鉛

35.5

34.3

32.8

31.5

2、對(duì)流換熱與對(duì)流傳熱：

在流體內(nèi)部依靠流體質(zhì)點(diǎn)的宏觀(guān)位移把熱量從高溫處傳向低溫處的過(guò)程稱(chēng)為對(duì)流傳熱。

工程上遇到的實(shí)際傳熱問(wèn)題都是流體與固體壁直接接觸時(shí)的換熱，傳熱學(xué)把流體與固體之間的換熱稱(chēng)為對(duì)流換熱。

對(duì)流換熱的基本定律——牛頓冷卻定律

對(duì)流換熱的熱流與流體和固體壁面的溫度差成正比，既

q = α（tW - tf）

Q = α（tW - tf）F

式中 tW — 固體壁面的溫度 ℃

tf —— 流體的溫度 ℃

F— 對(duì)流換熱面積 m2

α— 比例系數(shù)，稱(chēng)對(duì)流換熱系數(shù)， W/（m2℃）

對(duì)流換熱系數(shù)α是一個(gè)代表對(duì)流換熱能力的參數(shù)，其數(shù)值等于單位時(shí)間內(nèi)，流體和壁面間溫度相差1 ℃時(shí)，每單位面積所傳遞的熱量。

牛頓冷卻定律也可以寫(xiě)成： Q = △t ÷ （1÷αF）

平均換熱系數(shù)α的大致數(shù)值

對(duì)流換熱系數(shù)

α[W/（m2℃）]

對(duì)流換熱系數(shù)

α[W/（m2℃）]

空氣自然對(duì)流

3 ~ 10

水沸騰

2500 ~ 25000

氣體強(qiáng)制對(duì)流

20 ~ 100

高壓水蒸汽強(qiáng)制對(duì)流

500 ~ 3500

水自然對(duì)流

200 ~ 1000

水蒸氣冷凝

5000 ~ 150000

水強(qiáng)制對(duì)流

1000 ~ 15000

有機(jī)蒸汽凝結(jié)

500 ~ 2000

相似準(zhǔn)數(shù)：

尤拉準(zhǔn)數(shù) Eu = p /ρω2 Eu準(zhǔn)數(shù)代表靜壓頭與速度頭的比例。在流速變化很大而摩擦阻力損失較小的流動(dòng)介質(zhì)中，它起著決定性作用。

雷諾準(zhǔn)數(shù) Re =ρωl/μ = ωl/γ 雷諾準(zhǔn)數(shù)是慣性力與粘性力的比值。

式中 l — 代表性尺寸，m （如原管的直徑或平板的長(zhǎng)或?qū)挘?/p>

γ— 流體的運(yùn)動(dòng)黏度 m2/s

ρ— 流體密度 Kg/m3

ω— 流體流速 m/s

μ— 流體的動(dòng)力黏度 Pa.s

普特郎準(zhǔn)數(shù) Pr = μCp/λ=γ/α 普特郎準(zhǔn)數(shù)中只有流體的物性參數(shù)，所以又稱(chēng)為物性準(zhǔn)數(shù)，它反映了流體物理性質(zhì)的影響。

α— 導(dǎo)溫系數(shù) （α=λ/Cpρ）

3、輻射傳熱：

黑體：能吸收全部熱射線(xiàn)的物體（A = 1）成為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱(chēng)黑體。

譜郎克輻射定律：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)從物體單位表面上向半球空間所輻射出去的總能量稱(chēng)為物體的全輻射能力，用“E”，單位為 W/ m2

斯蒂芬-波爾茨曼定律（四次方定律）

Eo = CO(T/100)4

CO — 黑體的輻射系數(shù)，數(shù)值為5.67[W/（m2.K4）]

在實(shí)際工程中，將輻射能力小于黑體的物體稱(chēng)為灰體。實(shí)際物體的輻射能力與同溫度下黑體的輻射能力的比值稱(chēng)為該物體的黑度。

ε= E/EO

E =εEO = εCO（T/100）4= C（T/100）4

式中 ε— 回體的黑度，ε= 0 – 1

C — 灰體的輻射系數(shù)，[W/ m2.K4. ℃] C =εCO

常用工程材料的黑度ε

材料名稱(chēng)

溫度（℃）

ε值

材料名稱(chēng)

溫度（℃）

ε值

精密磨光的純銅

80 – 115

0.018-0.023

高鋁磚、鎂磚

——

0.8

無(wú)光澤的黃銅

23 - 350

0.22

炭化硅板

1300 - 1400

0.9-0.94

磨光的鋼件

770-1040

0.52-0.56

硅藻土粉

0.25

新軋制的鋼

0.24

水泥板

1000

0.63

鋼板表層氧化

0.82

水泥

0.54

表面氧化鋼件

940-1100

0.80

水（＞0.1mm）

0-100

0.95-0.96

氧化后的鐵

125-525

0.78-0.82

石膏

0.8-0.9

鑄鐵

500-1200

0.85-0.95

石棉水泥板

0.96

玻璃

22-90

0.94

石棉粉

0.4-0.6

紅磚

0.93

煤

100-160

0.81-0.79

耐火黏土磚

0.85

雪

0.8

耐火黏土磚

1000

0.75

木材

0.8-0.92

耐火的磚體

1200

0.59

硬橡皮

0.95

抹灰的磚體

0.94

三、流體的密度：（ρKg/ m3 ）

對(duì)于均質(zhì)流體，單位體積的質(zhì)量稱(chēng)為流體的密度。

即： ρ= m/v 式中 m ——流體的質(zhì)量 Kg ；

v ——流體的體積 m3 ；

ρ——流體的密度 Kg/ m3

對(duì)于氣體，在一定壓力、溫度的條件下，可按理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算。

ρ= Pm/RT 式中 P —氣體的絕對(duì)壓力， Pa

m —氣體的摩爾質(zhì)量， Kg/mol

T —熱力學(xué)溫度， K

R —摩爾氣體常數(shù)，其值 8.314J/（mol.K）

對(duì)于液體混合物，其組成通常用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。若以1Kg混合液體為基準(zhǔn)，并假設(shè)各組分在混合前后體積不變，則1Kg混合液體的體積等于各組分單獨(dú)存在的體積之和，既：

1/ρm = ω1/ρ1ω2/ρ2 + …ωn/ρn

式中 ω1、ω2、ωn ——分別為液體混合物中各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；%

ρ1、ρ2、ρn ——分別為液體混合物中各組分的密度，Kg/ m3

對(duì)于氣體混合物，其組成通常用體積百分?jǐn)?shù)表示。以1m3混合氣體為基準(zhǔn)，則1m3混合氣體的質(zhì)量等于各組分的質(zhì)量之和，既：

ρm =ρ1φ1 +　ρ2φ2 + …ρnφn

四、重度：（γ N/ m3 ）

對(duì)于均質(zhì)流體，單位體積流體所受的重力稱(chēng)為重力密度，簡(jiǎn)稱(chēng)重度。

既： γ = G/V 式中： G —— 流體所受的重力，N；

V —— 流體的體積，m3

γ —— 流體的重度， N/ m3

由牛頓第二定律得： G = mg 因此: γ = G/V = mg/V =ρg; G =γV (N)

式中： g —— 重力家速度 g = 9.807KN/ m3

在實(shí)際工程中，液體的密度和重度隨溫度和壓力變化而變化的數(shù)值較小，可視為一個(gè)固定值；而氣體的密度和重度隨溫度和壓力的變化而變化的值較大，不能視為一個(gè)固定值。常用的流體的密度和壓力的數(shù)值如下：

水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和4℃時(shí)的密度和重度分別為：

ρ = 1000 Kg/ m3 γ = 9.81 KN/ m3

水銀在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和0℃時(shí)的密度和重度是水的13.6倍。

干空氣在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和20℃時(shí)的密度和重度分別為：

ρ = 1.2 Kg/ m3 ， γ = 11.82 KN/ m3

常見(jiàn)流體密度和重度表

流體名稱(chēng)

密度

（Kg/m3）

重度

（KN/m3）

測(cè)定條件

溫度（℃）

氣壓

氣體

氮

1.2505

12.2674

760mmHg

氧

1.4290

14.0185

空氣

1.2920

12.6824

一氧化碳

1.250

12.2625

二氧化碳

1.9768

19.3924

液體

煤油

800-850

7848-8338

760mmHg

純乙醇

790

7745

水

1000

9807

水銀

13590

133318

五、流體的黏滯性

流體在流動(dòng)時(shí)，由于內(nèi)摩檫力的作用使流體具有抵抗相對(duì)變形（運(yùn)動(dòng)）的性質(zhì)，稱(chēng)為流體的黏滯性。

流體的黏滯性系數(shù)：

流體黏滯性的大小，通常用動(dòng)力黏滯性系數(shù) μ 和運(yùn)動(dòng)黏滯性系數(shù) γ 來(lái)表示，通常簡(jiǎn)稱(chēng)黏度。

黏度的計(jì)量單位（國(guó)際單位制）為 N.s/m2或 Pa.s（帕.秒）

六、流量

單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)過(guò)流斷面的流體的體積或質(zhì)量稱(chēng)為流量。前者為體積流量，用 V 表示，

單位為m3/s ;后者稱(chēng)為質(zhì)量流量，用 M 表示，單位為 Kg/s。

七、流速

單位時(shí)間內(nèi)流體流過(guò)的距離。

流量、流速、過(guò)流斷面之間的關(guān)系如下：

V = Aυ 或 M = ρv = ρΑυ

式中 V —— 體積流量 m3/s M —— 質(zhì)量流量 Kg/s

υ —— 平均流速 m/s A —— 過(guò)流斷面的面積 m2

ρ—— 流體密度 Kg/m3

八、燃料：固體燃料（木材、可燃頁(yè)巖、煤），液體燃料（石油、石油制品、重油、煤油、焦油、合成液體燃料），氣體燃料（天然氣、石油氣、高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣）

九、燃料的熱工性質(zhì)

1、發(fā)熱量（熱值）：

單位質(zhì)量或體積的燃料完全燃燒，當(dāng)燃燒產(chǎn)物冷卻到燃燒前的溫度時(shí)所放出的熱量稱(chēng)為燃料的發(fā)熱量或熱值。

固體、液體燃料的發(fā)熱量單位為 KJ/Kg 。液體燃料的發(fā)熱量單位為 KJ/Nm3 。

2、高位發(fā)熱量：QGr

高位發(fā)熱量是指燃料完全燃燒，燃燒產(chǎn)物冷卻到反應(yīng)前的溫度，而其中的水蒸氣（包括燃料中所含水分生成的水蒸氣和燃料中的氫燃燒時(shí)生成的水蒸氣）全部凝結(jié)為0℃水時(shí)所放出的熱量。

3、低位發(fā)熱量：Qdr

低位發(fā)熱量是指燃料完全燃燒后，其燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣冷凝為20℃的水蒸氣時(shí)所放出的熱量。

1Kg 0℃的水汽化成水蒸氣時(shí)，需要的汽化潛熱約為 2500KJ

4、標(biāo)準(zhǔn)燃料：

對(duì)于不同種類(lèi)的燃料，其發(fā)熱兩差別很大，即使同一品種燃料的發(fā)熱量也會(huì)因水分和灰分的含量不同而不同。因此，為便于統(tǒng)計(jì)和評(píng)比燃料消耗量，采用了標(biāo)準(zhǔn)燃料的概念。

規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)煤的低位發(fā)熱量（收到基組成）為 29270KJ/Kg 既 7000Kcal/Kg；

標(biāo)準(zhǔn)油或標(biāo)準(zhǔn)氣低位發(fā)熱量為 41820 KJ/Kg或41820 KJ/ Nm3

既 10000 Kcal/Kg或10000 Kcal/ Nm3

十、燃料燃燒計(jì)算

1、過(guò)?？諝庀禂?shù)（α）

燃料燃燒實(shí)際空氣需要量與理論空氣需要量的比值稱(chēng)為過(guò)剩空氣系數(shù)。

α = VA / V0A 既 VA =αV0A

式中 V0A —— 理論空氣量（計(jì)算值） Nm3/Kg

VA —— 實(shí)際空氣量 Nm3/Kg

2、空氣量、煙氣量的近似計(jì)算法

燃燒計(jì)算式（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)總局推薦）

燃料

V0A（Nm3/Kg或Nm3/ Nm3）

Vo （Nm3/Kg或Nm3/ Nm3）

煤

0.241×Qdr/1000+2

0.213×Qdr/1000+1.65

重油

0.203×Qdr/1000+2

0.265×Qdr/1000

煤氣

（Qdr ＜12560KJ/Nm3）

0.209×Qdr/1000

0.173×Qdr/1000+1

煤氣

（Qdr ＞12560KJ/Nm3）

0.26×Qdr/1000-0.25

0.272×Qdr/1000+0.25

天然氣

0.264×Qdr/1000+0.02

0.264 Qdr/1000+1.002

式中： V0A —— 理論空氣量（Nm3/Kg或Nm3/ Nm3） Vo —— 理論煙氣量（Nm3/Kg或Nm3/ Nm3）

實(shí)際空氣量 VA = α. V0A

實(shí)際煙氣量 V = Vo + （α- 1）V0A

3、估算空氣量與煙氣量

不同燃料燃燒時(shí) V0A 與 Vo 的數(shù)值范圍

V0A 與 Vo值

煙煤

(Nm3/Kg)

重油

(Nm3/Kg)

發(fā)生爐煤氣

(Nm3/ Nm3)

天然氣

(Nm3/ Nm3)

理論空氣量V0A

6 – 8

10 - 11

1.05 - 1.4

9 - 14

理論煙氣量Vo

6.5 - 8.5

10.5 - 12

1.9 - 2.2

10 - 14.5

十一、熱容量和比熱

熱容量：物體溫度變化1℃所吸收或放出的熱量，稱(chēng)為該物體的熱容量，其單位是 KJ/℃。

比熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量物體的熱容量稱(chēng)為該物體的比熱。比熱可分為三類(lèi)，其中常用的是質(zhì)量比熱。取單位質(zhì)量物體作為計(jì)量單位時(shí)，所得的比熱稱(chēng)為質(zhì)量比熱，用符號(hào) C表示，單位為KJ/（Kg.℃）

（1）、氣體的定壓比熱：1Kg氣體在壓力保持不變的情況下溫度升高1℃時(shí)所吸收的熱量稱(chēng)為定壓比熱，用符號(hào) Cp表示。

（2）、氣體的定容比熱：1Kg氣體在容積保持不變的情況下溫度升高1℃時(shí)所吸收的熱量稱(chēng)為定容比熱，用符號(hào) Cv表示。

十二、液體的汽化

物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過(guò)程稱(chēng)為汽化，汽化有兩種形式：蒸發(fā)和沸騰。

蒸發(fā)：在液體表面上進(jìn)行的汽化過(guò)程稱(chēng)為蒸發(fā)。

沸騰：在液體內(nèi)部和表面同時(shí)進(jìn)行的劇烈的汽化現(xiàn)象成為沸騰。

十三、飽和狀態(tài)

當(dāng)液體在有限的密閉空間內(nèi)汽化時(shí)，液面上的蒸汽分子密度達(dá)到一定程度時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)，溢出液面與回到液體中的分子數(shù)量相等，蒸汽與液體的物量保持不變，汽、液兩相處于動(dòng)平衡狀態(tài)。這種兩相動(dòng)平衡的狀態(tài)稱(chēng)為飽和狀態(tài)。此時(shí)蒸汽和液體的壓力稱(chēng)為飽和壓力，它們的溫度稱(chēng)為飽和溫度（既沸點(diǎn)）。相應(yīng)于一定的飽和壓力有一定的飽和溫度。

處于飽和狀態(tài)的蒸汽稱(chēng)為飽和蒸汽，處于飽和狀態(tài)的液體稱(chēng)為飽和液體。

飽和蒸汽和飽和液體的混合物成為濕飽和蒸汽，簡(jiǎn)稱(chēng)濕蒸汽。

不含有飽和液體的飽和蒸汽稱(chēng)為干飽和蒸汽，簡(jiǎn)稱(chēng)為干蒸汽。

如果蒸汽的溫度高與其壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)，則這種蒸汽稱(chēng)為過(guò)熱蒸汽。過(guò)熱蒸汽的溫度和其壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度之差稱(chēng)為過(guò)熱度。

如果液體的溫度低于其壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)，則這種液體稱(chēng)為未飽和液體。

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熱工計(jì)算中常用的名詞解釋

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