輪機(jī)概論：第一章 熱工基礎(chǔ)知識(shí)

輪機(jī)概論輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering課程簡(jiǎn)介內(nèi)容

(Contents)5船舶輔助機(jī)械6防污染和海水淡化7船舶電氣概述2船舶動(dòng)力裝置概述3船舶柴油機(jī)4船舶推進(jìn)裝置1熱工基礎(chǔ)知識(shí)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering1.2理想氣體及其狀態(tài)方程

1.3熱量與功

1.4水蒸汽和濕空氣

1.5傳熱學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1工質(zhì)熱力狀態(tài)參數(shù)第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering1.1.1、工質(zhì)(Workingmedium)

在熱力工程中，用來(lái)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的各種流動(dòng)介質(zhì)。工質(zhì)應(yīng)具有良好的膨脹性、流動(dòng)性。例：柴油機(jī)的工質(zhì)是燃?xì)猓羝啓C(jī)的工質(zhì)是水蒸氣。1.2.1、狀態(tài)參數(shù)(Parametersofthermodynamicsstatus)：在熱力學(xué)中，用來(lái)描述系統(tǒng)宏觀特性的物理量稱為系統(tǒng)的熱力狀態(tài)參數(shù)，簡(jiǎn)稱狀態(tài)參數(shù)。常用的狀態(tài)參數(shù)有壓力P、溫度T、容積V、內(nèi)能U、焓H和熵S等六個(gè)參數(shù)工質(zhì)膨脹機(jī)械能熱能1.1工質(zhì)熱力狀態(tài)參數(shù)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineeringFahrenheitKelvinCelsius在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純水冰點(diǎn)定為32度，沸點(diǎn)212度，兩點(diǎn)間均分180等份，每份為1華氏度，記作1

F，符號(hào)t

F。絕對(duì)溫標(biāo)或熱力學(xué)溫標(biāo)，攝氏零下273.15

C為零度，每度的間隔與攝氏溫標(biāo)相同，記作1K,符號(hào)TK。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純水冰點(diǎn)定為0度，沸點(diǎn)100度，兩點(diǎn)間均分100等份，每份為1攝氏度，記作1C，符號(hào)t

C。(1)溫度：表示物質(zhì)冷熱程度的狀態(tài)參數(shù)。溫度的數(shù)值表示方法叫做溫標(biāo)(Temperaturescale)華氏開氏攝氏★★★★★第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)與物質(zhì)物理特性無(wú)關(guān)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering(2)壓力(Pressure,P)：在工程熱力學(xué)中，把工質(zhì)垂直作用在單位容積壁面或分界面上的力稱為壓力。（氣體壓力）國(guó)際單位：N/m2(Pa)工程單位：kgf/cm2,bar,MPa英制單位：psi(bf/in2)1kgf/cm2≈1×105Pa≈1bar≈0.1MPa1psi=0.69×104Pa壓力單位換算表帕斯卡巴工程氣壓標(biāo)準(zhǔn)氣壓磅力/英寸2毫米汞柱米水柱(Pa)(bar)(at)(atm)(psi)(Torr)N/m210N/m2kgf/cm2760mmHg1bf/in2mmHgmH2O110-51.0210-50.9910-51.4510-47.510-31.0210-4第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering①大氣壓力pb(Barometric,atmosphericpressure)：緯度45度平均海平面上常年大氣壓力的平均值為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)。②絕對(duì)壓力p(Absolutepressure)：工質(zhì)作用在容器壁面上的實(shí)際壓力。③表壓力pg(Gaugepressure)：用壓力表測(cè)得的數(shù)值,pg=p-pb。④真空度pv(Vacuum)：用真空表測(cè)得的數(shù)值，pv=pb-p。1atm=760mmHg=101325Pa=0.101325MPa=1barppgpvpbp第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering(3)比容和密度比容(Specificvolume)：1kg的物質(zhì)所占的容積，m3/kg。密度(Density)：1m3的物質(zhì)所具有的質(zhì)量，kg/m3。，第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering1.2理想氣體及其狀態(tài)方程

1.3熱量與功

1.4水蒸汽和濕空氣

1.5傳熱學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1工質(zhì)熱力狀態(tài)參數(shù)第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering1.2理想氣體及其狀態(tài)方程

(2)理想氣體狀態(tài)方程

(Idealgasstateequation)R-氣體常數(shù)(Gasconstant)空氣、柴油機(jī)的燃?xì)獾?，可按理想氣體進(jìn)行計(jì)算。蒸汽、制冷劑蒸汽，不能當(dāng)作理想氣體。R只與氣體種類有關(guān)，而與氣體狀態(tài)無(wú)關(guān)，單位為J/(kg·K)

(1)理想氣體理想氣體是一種實(shí)際上不存在的家鄉(xiāng)氣體，假設(shè)其分子為彈性的、不占據(jù)提及的質(zhì)點(diǎn)，分子間沒(méi)有作用力。第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering1.2理想氣體及其狀態(tài)方程

1.3熱量與功

1.4水蒸汽和濕空氣

1.5傳熱學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1工質(zhì)熱力狀態(tài)參數(shù)第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering1)熱量(Q)：系統(tǒng)和外界由于溫度差而通過(guò)邊界傳遞的能量。外界給系統(tǒng)加熱Q+；系統(tǒng)對(duì)外界放熱Q-。1kJ=0.2388kcal=0.984BTU(BritishThermalUnit)

1kcal:標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，1kg純水,14.5C15.5C1BTU:標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，1b純水,59.5F60.5F對(duì)質(zhì)量為1kg工質(zhì)的加熱量（或放熱量）稱為單位質(zhì)量熱量，用符號(hào)表示，其單位為kJ/kg或kcal/kg

1.3熱量與功

1.3.1、熱量和比熱容第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering2)比熱容(C)單位質(zhì)量的物體溫度升高或降低1℃時(shí)所吸收或放出的熱量，叫做質(zhì)量比熱容（簡(jiǎn)稱比熱容）。單位是焦耳/(千克·開）。J/kg·K水的質(zhì)量比熱容是4.2×103

J/（kg·K）工程上常用的比熱容除了質(zhì)量比熱容之外還有容積比熱容和摩爾比熱容等。氣體的比熱容還隨加熱過(guò)程的不同而有所變化如果氣體加熱過(guò)程中容積保持不變則稱為定容比熱容。Cv如果氣體加熱過(guò)程中壓力保持不變則稱為定壓比熱容。Cp第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering1）功(Work)：當(dāng)封閉系統(tǒng)通過(guò)邊界和外界之間發(fā)生相互作用時(shí)，如果外界的唯一效果是升起重物，則系統(tǒng)對(duì)外界作了功；反之，如果外界的唯一效果是降低重物，則外界對(duì)系統(tǒng)作了功。1kgf·m=9.8N·m=9.8J=0.0098KJ2）功率(Power)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所做的功。1ps=75kgf.m/s=735W=0.735kWps-工制馬力，hp-英制馬力,1ps=0.986hp1.3.2、功和功率第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering3）功和熱量的關(guān)系功和熱量都是過(guò)程量，不僅取決于初、終狀態(tài)，還和過(guò)程路勁有關(guān)。功是與物體運(yùn)動(dòng)形態(tài)相關(guān)的能量，壓差是做工的驅(qū)動(dòng)力；熱量與雜亂運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系，溫差是其傳遞的動(dòng)力。熱力學(xué)第一定律：自然界中一切物質(zhì)都具有能量，能量不可能被創(chuàng)造，也不可能被消滅；它只不過(guò)是從一種形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形態(tài)；在能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中，能的總量保持不變。熱力學(xué)第二定律開爾文說(shuō)法：不可能制造只從一個(gè)熱源取得熱量，使之完全變成機(jī)械能而不引起其他變化的循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)克勞休斯說(shuō)法：熱不可能自發(fā)地，不付代價(jià)地從低溫物體傳到高溫物體第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering4）熱效率(Thermalefficiency)熱效率：效果與代價(jià)之比。內(nèi)燃機(jī)工作原理W-機(jī)械功Q1-從高溫?zé)嵩次盏臒崃縌2-傳給低溫?zé)嵩吹臒崃孔罾硐胙h(huán)、即熱效率最高的循環(huán)是卡諾循環(huán)(Carnotcycle)

Q2永遠(yuǎn)大于0，熱效率永遠(yuǎn)小于100％。T1-高溫?zé)嵩礈囟龋琓2-低溫?zé)嵩礈囟鹊谝徽聼峁せA(chǔ)知識(shí)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering1.2理想氣體及其狀態(tài)方程

1.3熱量與功

1.4水蒸汽和濕空氣

1.5傳熱學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1工質(zhì)熱力狀態(tài)參數(shù)第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering1.4.1、水蒸氣的性質(zhì)飽和溫度(Saturationtemp.)：一定壓力下水開始沸騰的溫度稱為該壓力下的飽和溫度。1atm,100C;2atm,200C。飽和壓力(Saturationpres.)：一定溫度下壓力達(dá)到某一定值時(shí)水開始沸騰的溫度稱為該溫度下的飽和壓力。過(guò)熱蒸汽(Superheatedsteam)：水在等壓加熱沸騰汽化完畢后，再加熱，溫度升高而壓力不變，這樣的蒸汽稱過(guò)熱蒸汽過(guò)熱度(Degreeofsuperheat，t)：過(guò)熱蒸汽的溫度t與飽和溫度ts之差,即△t=t-ts。溫度時(shí)間1.4水蒸汽和濕空氣

第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering1.4.2、濕空氣濕空氣(Wetair)

：含有水蒸氣的空氣。飽和空氣(Saturatedair)

：空氣中所含水蒸氣量已經(jīng)達(dá)到最大限量，稱這時(shí)的空氣為飽和空氣。否則稱為未飽和空氣。相對(duì)濕度(Relativehumidity，

)

：一定溫度下，1m3濕空氣中所含水蒸氣量與1m3飽和空氣中所含水蒸氣量的百分比。干空氣=0%，飽和空氣=100%。(絕對(duì))濕度(Absolutehumidity)

：一定體積的空氣中含有的水蒸氣的質(zhì)量，g/m3。露點(diǎn)(Dewpoint)

：未飽和濕空氣在等壓下冷卻，相對(duì)濕度隨溫度下降而增大，當(dāng)

=100%時(shí)的溫度。(結(jié)露)含濕量：一定體積的濕空氣所包含的水蒸汽的質(zhì)量與包含的干空氣質(zhì)量之比。第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering1.2理想氣體及其狀態(tài)方程

1.3熱量與功

1.4水蒸汽和濕空氣

1.5傳熱學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1工質(zhì)熱力狀態(tài)參數(shù)第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)輪機(jī)概論IntroductiontoMarineEngineering導(dǎo)熱對(duì)流換熱輻射換熱傳熱過(guò)程在物體間或內(nèi)部進(jìn)行的熱量傳遞，不依賴于物體各部分的相對(duì)位移。（溫差，導(dǎo)熱系數(shù)，傳熱面積，厚度）運(yùn)動(dòng)著的流體與固體表面接觸時(shí)的換熱過(guò)程成為對(duì)流換熱。(溫差，放熱系數(shù))靠電磁波中的可見(jiàn)光線和紅外線來(lái)傳遞熱量。(溫差，輻射放熱系數(shù)，吸收輻射面積)擾動(dòng)程度，相位變化時(shí)較大透射投射反射吸收Theendofchapter11.5傳熱學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)第一章熱工基礎(chǔ)知識(shí)