一、溫度：

         溫度是用來表示物體冷熱程度的物理量，它反映了物體內部大量粒子熱運動的劇烈程度和粒子熱運動平均動能的大小。

         溫度的數值標尺稱為溫標。 

國際單位制規定熱力學溫標，稱絕對溫標，單位：開爾文（K），符號：T  中文代號： K

生產生活中常用的溫標是攝氏溫標，它是把標準大氣壓下的純水開始結冰的溫度（冰點）定為零度，把純水沸騰時的溫度（沸點）定為100度，在0度與100度之間分出100個等份，每一份就是1度。單位：攝氏度，符號：t  代號：℃。

攝氏溫標的每 1℃與熱力學溫標的每 1K相同。

兩種溫標的關系為：T = t + 273.16

二、熱量：

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

      

傳熱的基本方式

1、 傳導傳熱：導熱即傳導傳熱，它是依靠物體中微觀粒子的熱運動而傳遞熱量的。

熱  流：（q）單位時間內，通過單位面積傳遞的熱量稱為熱流。 單位：W/m2。

傳熱量：（Q）單位時間內，通過總傳熱面積（F）傳遞的熱量稱為傳熱量。

則有：Q = qf (W)

          導熱系數：（λ）材料的導熱系數是說明在穩定傳熱條件下材料導熱性能的一個指標。它的數值等于當材料層單位厚度內的溫差為1℃時，在1h內同過1m2表面積的熱量。

    

     幾種氣體的導熱系數[W/（m.℃）]

   

溫度（℃）	空氣	氧氣	二氧化碳	水蒸氣	煙氣
0	0.0244	0.0246	0.0147	0.0162	0.0228
50	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%

        

 

水的導熱系數

 

溫度（℃）	0	20	30	50	70	100
導熱系數[W/(m.℃)]	0.558	0.596	0.643	0.647	0.663	0.681

 

     

      幾種有機液體的導熱系數 [W/(m.℃)]

      

溫度（℃）	乙醇	甲醇	丙酮	甲苯	苯	甘油	蓖麻油	重油
0	0.188	0.214	0.175	0.154	-	-	0.184	-
25	0.184	0.211	0.169	0.136	0.144	0.279	0.180	0.119
50	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

 

 

            幾種金屬材料的導熱系數[W/(m.℃)]

     

材料名稱	0 （℃）	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）	24	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、 對流換熱與對流傳熱：

在流體內部依靠流體質點的宏觀位移把熱量從高溫處傳向低溫處的過程稱為對流傳熱。

工程上遇到的實際傳熱問題都是流體與固體壁直接接觸時的換熱，傳熱學把流體與固體之間的換熱稱為對流換熱。

 

對流換熱的基本定律——牛頓冷卻定律

     對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— 對流換熱面積 m2  

              α— 比例系數，稱對流換熱系數， W/（m2℃）

      對流換熱系數α是一個代表對流換熱能力的參數，其數值等于單位時間內，流體和壁面間溫度相差1 ℃時，每單位面積所傳遞的熱量。

      牛頓冷卻定律也可以寫成： Q = △t ÷ （1÷αF）

 

平均換熱系數α的大致數值

         

對流換熱系數	α[W/（m2℃）]	對流換熱系數	α[W/（m2℃）]
空氣自然對流	3 ~ 10	水沸騰	2500 ~ 25000
氣體強制對流	20 ~ 100	高壓水蒸汽強制對流	500 ~ 3500
水自然對流	200 ~ 1000	水蒸氣冷凝	5000 ~ 150000
水強制對流	1000 ~ 15000	有機蒸汽凝結	500 ~ 2000

 

相似準數：

 

尤拉準數   Eu = p /ρω2   Eu準數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介質中，它起著決定性作用。

雷諾準數   Re =ρωl/μ = ωl/γ  雷諾準數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或寬）

                      γ— 流體的運動黏度 m2/s 

                      ρ— 流體密度 Kg/m3

                      ω— 流體流速 m/s 

                      μ— 流體的動力黏度  Pa.s

普特郎準數   Pr = μCp/λ=γ/α  普特郎準數中只有流體的物性參數，所以又稱為物性準數，它反映了流體物理性質的影響。

                       α— 導溫系數 （α=λ/Cpρ）

      

      3、 輻射傳熱：

         

          黑體：能吸收全部熱射線的物體（A = 1）成為絕對黑體，簡稱黑體。

          譜郎克輻射定律：單位時間內從物體單位表面上向半球空間所輻射出去的總能量稱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，數值為5.67[W/（m2.K4）]

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

                       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，[W/ m2.K4. ℃]  C =εCO

              

                            常用工程材料的黑度ε

材料名稱	溫度（℃）	ε值	材料名稱	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	20	0.24	水泥板	1000	0.63
鋼板表層氧化	20	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	20	0.8-0.9
鑄鐵	500-1200	0.85-0.95	石棉水泥板	20	0.96
玻璃	22-90	0.94	石棉粉	-	0.4-0.6
紅磚	20	0.93	煤	100-160	0.81-0.79
耐火黏土磚	20	0.85	雪	0	0.8
耐火黏土磚	1000	0.75	木材	20	0.8-0.92
耐火的磚體	1200	0.59	硬橡皮	20	0.95
抹灰的磚體	20	0.94

          

三、流體的密度：（ρKg/ m3 ）

對于均質流體，單位體積的質量稱為流體的密度。

     即： ρ= m/v   式中  m ——流體的質量 Kg ；

                          v ——流體的體積 m3  ；

                          ρ——流體的密度 Kg/ m3

對于氣體，在一定壓力、溫度的條件下，可按理想氣體狀態方程計算。

         ρ= Pm/RT  式中  P —氣體的絕對壓力，  Pa

                          m —氣體的摩爾質量，   Kg/mol

                          T —熱力學溫度，        K

                          R —摩爾氣體常數，  其值 8.314J/（mol.K）

對于液體混合物，其組成通常用質量百分數表示。若以1Kg混合液體為基準，并假設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量百分數；%

                           ρ1、ρ2、ρn ——分別為液體混合物中各組分的密度，Kg/ m3

對于氣體混合物，其組成通常用體積百分數表示。以1m3混合氣體為基準，則1m3混合氣體的質量等于各組分的質量之和，既：

               ρm =ρ1φ1 +　ρ2φ2 + …ρnφn

 

四、重度：（γ  N/ m3 ）

    對于均質流體，單位體積流體所受的重力稱為重力密度，簡稱重度。

         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值較小，可視為一個固定值；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，不能視為一個固定值。常用的流體的密度和壓力的數值如下：

     水在標準大氣壓和4℃時的密度和重度分別為：

                                ρ = 1000 Kg/ m3    γ = 9.81 KN/ m3

 水銀在標準大氣壓和0℃時的密度和重度是水的13.6倍。

 干空氣在標準大氣壓和20℃時的密度和重度分別為：

                            ρ = 1.2 Kg/ m3 ，   γ = 11.82 KN/ m3 

 

                             常見流體密度和重度表

流體名稱		密度 （Kg/m3）	重度 （KN/m3）	測定條件
				溫度（℃）	氣壓
氣體	氮	1.2505	12.2674	0	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	15	760mmHg
	純乙醇	790	7745	15
	水	1000	9807	4
	水銀	13590	133318	0

       

五、流體的黏滯性

       流體在流動時，由于內摩檫力的作用使流體具有抵抗相對變形（運動）的性質，稱為流體的黏滯性。

      流體的黏滯性系數：

      流體黏滯性的大小，通常用動力黏滯性系數 μ 和運動黏滯性系數 γ 來表示，通常簡稱黏度。

      黏度的計量單位（國際單位制）為 N.s/m2或 Pa.s（帕.秒）

 

六、流量

單位時間內通過過流斷面的流體的體積或質量稱為流量。 前者為體積流量，用 V 表示，

單位為m3/s ;后者稱為質量流量，用 M 表示，單位為 Kg/s。

 

七、流速

單位時間內流體流過的距離。

流量、流速、過流斷面之間的關系如下：

       V = Aυ  或  M = ρv = ρΑυ

        式中   V —— 體積流量 m3/s         M —— 質量流量 Kg/s

              υ —— 平均流速 m/s          A —— 過流斷面的面積 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、焦爐煤氣、發生爐煤氣）

 

九、燃料的熱工性質

 

1、 發熱量（熱值）：

單位質量或體積的燃料完全燃燒，當燃燒產物冷卻到燃燒前的溫度時所放出的熱量稱為燃料的發熱量或熱值。

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

2、 高位發熱量：QGr

高位發熱量是指燃料完全燃燒，燃燒產物冷卻到反應前的溫度，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生成的水蒸氣）全部凝結為0℃水時所放出的熱量。

3、 低位發熱量：Qdr

低位發熱量是指燃料完全燃燒后，其燃燒產物中的水蒸氣冷凝為20℃的水蒸氣時所放出的熱量。

1Kg 0℃的水汽化成水蒸氣時，需要的汽化潛熱約為 2500KJ

4、 標準燃料：

對于不同種類的燃料，其發熱兩差別很大，即使同一品種燃料的發熱量也會因水分和灰分的含量不同而不同。因此，為便于統計和評比燃料消耗量，采用了標準燃料的概念。

規定標準煤的低位發熱量（收到基組成）為 29270KJ/Kg 既 7000Kcal/Kg；

標準油或標準氣低位發熱量為 41820 KJ/Kg或41820 KJ/ Nm3

既 10000 Kcal/Kg或10000 Kcal/ Nm3

 

十、燃料燃燒計算

1、 過剩空氣系數（α）

燃料燃燒實際空氣需要量與理論空氣需要量的比值稱為過剩空氣系數。

             α = VA / V0A    既  VA =αV0A 

        式中    V0A —— 理論空氣量（計算值） Nm3/Kg

                VA —— 實際空氣量           Nm3/Kg

2、 空氣量、煙氣量的近似計算法

燃燒計算式（國家標準總局推薦）

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）

 實際空氣量    VA = α. V0A

 實際煙氣量    V = Vo + （α- 1）V0A

 

3、 估算空氣量與煙氣量

不同燃料燃燒時 V0A 與 Vo 的數值范圍

V0A 與 Vo值	煙  煤 (Nm3/Kg)	重  油 (Nm3/Kg)	發生爐煤氣 (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，稱為該物體的熱容量，其單位是 KJ/℃。

      比  熱：單位質量物體的熱容量稱為該物體的比熱。比熱可分為三類，其中常用的是質量比熱。取單位質量物體作為計量單位時，所得的比熱稱為質量比熱，用符號 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℃時所吸收的熱量稱為定壓比熱，用符號 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℃時所吸收的熱量稱為定容比熱，用符號 Cv表示。

 

十二、液體的汽化

      物質從液態轉變為氣態的過程稱為汽化，汽化有兩種形式：蒸發和沸騰。

      蒸發：在液體表面上進行的汽化過程稱為蒸發。

      沸騰：在液體內部和表面同時進行的劇烈的汽化現象成為沸騰。

 

十三、飽和狀態

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

     處于飽和狀態的蒸汽稱為飽和蒸汽，處于飽和狀態的液體稱為飽和液體。

     飽和蒸汽和飽和液體的混合物成為濕飽和蒸汽，簡稱濕蒸汽。

     不含有飽和液體的飽和蒸汽稱為干飽和蒸汽，簡稱為干蒸汽。

     如果蒸汽的溫度高與其壓力所對應的飽和溫度時，則這種蒸汽稱為過熱蒸汽。過熱蒸汽的溫度和其壓力所對應的飽和溫度之差稱為過熱度。

     如果液體的溫度低于其壓力所對應的飽和溫度時，則這種液體稱為未飽和液體。