輪機概論：第一章 熱工基礎知識

輪機概論輪機概論IntroductiontoMarineEngineering課程簡介內容

(Contents)5船舶輔助機械6防污染和海水淡化7船舶電氣概述2船舶動力裝置概述3船舶柴油機4船舶推進裝置1熱工基礎知識輪機概論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傳熱學基礎知識1.1工質熱力狀態(tài)參數(shù)第一章熱工基礎知識第一章熱工基礎知識第一章熱工基礎知識輪機概論IntroductiontoMarineEngineering1.1.1、工質(Workingmedium)

在熱力工程中，用來將熱能轉化為機械能的各種流動介質。工質應具有良好的膨脹性、流動性。例：柴油機的工質是燃氣，蒸汽輪機的工質是水蒸氣。1.2.1、狀態(tài)參數(shù)(Parametersofthermodynamicsstatus)：在熱力學中，用來描述系統(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、內能U、焓H和熵S等六個參數(shù)工質膨脹機械能熱能1.1工質熱力狀態(tài)參數(shù)輪機概論IntroductiontoMarineEngineeringFahrenheitKelvinCelsius在標準大氣壓下，純水冰點定為32度，沸點212度，兩點間均分180等份，每份為1華氏度，記作1

F，符號t

F。絕對溫標或熱力學溫標，攝氏零下273.15

C為零度，每度的間隔與攝氏溫標相同，記作1K,符號TK。在標準大氣壓下，純水冰點定為0度，沸點100度，兩點間均分100等份，每份為1攝氏度，記作1C，符號t

C。(1)溫度：表示物質冷熱程度的狀態(tài)參數(shù)。溫度的數(shù)值表示方法叫做溫標(Temperaturescale)華氏開氏攝氏★★★★★第一章熱工基礎知識與物質物理特性無關輪機概論IntroductiontoMarineEngineering(2)壓力(Pressure,P)：在工程熱力學中，把工質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準氣壓磅力/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第一章熱工基礎知識輪機概論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準大氣壓(atm)。②絕對壓力p(Absolutepressure)：工質作用在容器壁面上的實際壓力。③表壓力pg(Gaugepressure)：用壓力表測得的數(shù)值,pg=p-pb。④真空度pv(Vacuum)：用真空表測得的數(shù)值，pv=pb-p。1atm=760mmHg=101325Pa=0.101325MPa=1barppgpvpbp第一章熱工基礎知識輪機概論IntroductiontoMarineEngineering(3)比容和密度比容(Specificvolume)：1kg的物質所占的容積，m3/kg。密度(Density)：1m3的物質所具有的質量，kg/m3。，第一章熱工基礎知識輪機概論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傳熱學基礎知識1.1工質熱力狀態(tài)參數(shù)第一章熱工基礎知識第一章熱工基礎知識輪機概論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、柴油機的燃氣等，可按理想氣體進行計算。蒸汽、制冷劑蒸汽，不能當作理想氣體。R只與氣體種類有關，而與氣體狀態(tài)無關，單位為J/(kg·K)

(1)理想氣體理想氣體是一種實際上不存在的家鄉(xiāng)氣體，假設其分子為彈性的、不占據(jù)提及的質點，分子間沒有作用力。第一章熱工基礎知識輪機概論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傳熱學基礎知識1.1工質熱力狀態(tài)參數(shù)第一章熱工基礎知識第一章熱工基礎知識輪機概論IntroductiontoMarineEngineering1)熱量(Q)：系統(tǒng)和外界由于溫度差而通過邊界傳遞的能量。外界給系統(tǒng)加熱Q+；系統(tǒng)對外界放熱Q-。1kJ=0.2388kcal=0.984BTU(BritishThermalUnit)

1kcal:標準大氣壓，1kg純水,14.5C15.5C1BTU:標準大氣壓，1b純水,59.5F60.5F對質量為1kg工質的加熱量（或放熱量）稱為單位質量熱量，用符號表示，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知識輪機概論IntroductiontoMarineEngineering2)比熱容(C)單位質量的物體溫度升高或降低1℃時所吸收或放出的熱量，叫做質量比熱容（簡稱比熱容）。單位是焦耳/(千克·開）。J/kg·K水的質量比熱容是4.2×103

J/（kg·K）工程上常用的比熱容除了質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程的不同而有所變化如果氣體加熱過程中容積保持不變則稱為定容比熱容。Cv如果氣體加熱過程中壓力保持不變則稱為定壓比熱容。Cp第一章熱工基礎知識輪機概論IntroductiontoMarineEngineering1）功(Work)：當封閉系統(tǒng)通過邊界和外界之間發(fā)生相互作用時，如果外界的唯一效果是升起重物，則系統(tǒng)對外界作了功；反之，如果外界的唯一效果是降低重物，則外界對系統(tǒng)作了功。1kgf·m=9.8N·m=9.8J=0.0098KJ2）功率(Power)：單位時間內所做的功。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知識輪機概論IntroductiontoMarineEngineering3）功和熱量的關系功和熱量都是過程量，不僅取決于初、終狀態(tài)，還和過程路勁有關。功是與物體運動形態(tài)相關的能量，壓差是做工的驅動力；熱量與雜亂運動相聯(lián)系，溫差是其傳遞的動力。熱力學第一定律：自然界中一切物質都具有能量，能量不可能被創(chuàng)造，也不可能被消滅；它只不過是從一種形態(tài)轉變?yōu)榱硪环N形態(tài)；在能量轉化過程中，能的總量保持不變。熱力學第二定律開爾文說法：不可能制造只從一個熱源取得熱量，使之完全變成機械能而不引起其他變化的循環(huán)發(fā)動機克勞休斯說法：熱不可能自發(fā)地，不付代價地從低溫物體傳到高溫物體第一章熱工基礎知識輪機概論IntroductiontoMarineEngineering4）熱效率(Thermalefficiency)熱效率：效果與代價之比。內燃機工作原理W-機械功Q1-從高溫熱源吸收的熱量Q2-傳給低溫熱源的熱量最理想循環(huán)、即熱效率最高的循環(huán)是卡諾循環(huán)(Carnotcycle)

Q2永遠大于0，熱效率永遠小于100％。T1-高溫熱源溫度，T2-低溫熱源溫度第一章熱工基礎知識輪機概論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傳熱學基礎知識1.1工質熱力狀態(tài)參數(shù)第一章熱工基礎知識第一章熱工基礎知識輪機概論IntroductiontoMarineEngineering1.4.1、水蒸氣的性質飽和溫度(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.)：一定溫度下壓力達到某一定值時水開始沸騰的溫度稱為該溫度下的飽和壓力。過熱蒸汽(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，這樣的蒸汽稱過熱蒸汽過熱度(Degreeofsuperheat，t)：過熱蒸汽的溫度t與飽和溫度ts之差,即△t=t-ts。溫度時間1.4水蒸汽和濕空氣

第一章熱工基礎知識輪機概論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)達到最大限量，稱這時的空氣為飽和空氣。否則稱為未飽和空氣。相對濕度(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)濕度(Absolutehumidity)

：一定體積的空氣中含有的水蒸氣的質量，g/m3。露點(Dewpoint)

：未飽和濕空氣在等壓下冷卻，相對濕度隨溫度下降而增大，當

=100%時的溫度。(結露)含濕量：一定體積的濕空氣所包含的水蒸汽的質量與包含的干空氣質量之比。第一章熱工基礎知識輪機概論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傳熱學基礎知識1.1工質熱力狀態(tài)參數(shù)第一章熱工基礎知識第一章熱工基礎知識輪機概論IntroductiontoMarineEngineering導熱對流換熱輻射換熱傳熱過程在物體間或內部進行的熱量傳遞，不依賴于物體各部分的相對位移。（溫差，導熱系數(shù)，傳熱面積，厚度）運動著的流體與固體表面接觸時的換熱過程成為對流換熱。(溫差，放熱系數(shù))靠電磁波中的可見光線和紅外線來傳遞熱量。(溫差，輻射放熱系數(shù)，吸收輻射面積)擾動程度，相位變化時較大透射投射反射吸收Theendofchapter11.5傳熱學基礎知識第一章熱工基礎知識