热工基础知识
ξ1、热工基础知识
(一)、热力学基础
1、温度
温度是衡量物体冷热程度的尺度，是物质分子热运动平均动能的度量。
摄氏温标：1个标准大气压下纯水的冰点定为0℃，沸点定为100℃，在这个区域
内划分100等分，每1等分为1度，单位为℃。用t表示。
华氏温标：1个标准大气压下纯水的冰点定为320F，沸点定为2120F，在这个区域
内划分180等分，每1等分为1度，单位为0F。用F表示。
F=1.8t+32 (0F)
绝对温标：又称热力学温标，开氏温标，每一度大小与摄氏温标相等，起点为物
质内分子热运动完全停止时温度（-273.15℃），单位为K。用T表示。
T=t+273.15(K)
三种温标的换算关系：
t=T-273.15=(5/9)(F-32)
例题：单元式空调机组制冷工况时，进风干球温度27℃，湿球温度19℃，进风温度相当于华氏温度多少？
t db27F db=27*1.8+32=80.6
t wb19F wb=19*1.8+32=66.2
2、压力
1 bar 巴 =100000 pa 帕斯卡=0.1MPa
1 psi 磅/平方英寸=0.0703 kgf/cm2
1 kgf/cm
2 千克力/平方厘米 =98000 pa 帕
1 mm aq. 毫米水柱=9.8 pa 帕pgh
1 mm hg 毫米汞柱=133.28 pa 帕
1 m H2O 米水柱=9800 pa 帕=0.1 kgf/cm
2 千克力/平方厘米
工程上常将1大气压（B）看成1个工程大气压或0.1MPa,即B=1kgf/cm2,或B=0.1MPa
表压：通过压力表读出的压力，为绝对压力减当地大气压。
真空度：压力比大气压低的程度。
真空度=B-绝对压力
管道机要求抽真空到60~120pa
3、热能：分子热运动强度的度量，是依靠温差传递的能量。用Q表示
1kcal=4.1868kJ
1 kcal/h 大卡/时=1.163 W 瓦
1 kW千瓦=860 kcal/h 大卡/时
1 btu/h 英制热量单位/时=0.293 W瓦1BTH：把1磅水升温1F0所吸取的热量。
1RT=3.516kW24小时内把1美吨(2000磅)的0℃水冷冻为0℃
的冰所吸取的冷量。30243516.912 4、比热：单位质量的物质温度每升高或降低1K所需要加入或放出的热量。
定压比热Cp：气体在加热或冷却时，如果保持压力不变，则其比热称为定压比热。
物体的吸(放)热量：Q=mCp(t2-t1)
4.187
定容比热Cv ：气体在加热或冷却时，如果保持体积不变，则其比热称为定容比热。
Cp>Cv
绝热指数k：气体的定压比热与定容比热之比为气体的绝热压缩指数，k=Cp/Cv
5、理想气体状态方程：
pV=mRT
p=Ρrt R：气体常数，8314/气体分子量，空气为287J/(kg.K)
p：Pa，帕
V：m3201.2kg/m3
m：kg40
T：K
等温过程，等压过程，等容过程
绝热过程：气体状态发生变化时，与外界不发生热量交换的过程称为绝热过程。
压缩机压缩过程非常迅速，可以认为来不及向外界传热，近似认为是绝热过程
pv k=C k为绝热指数
多变过程：一般情况下，气体状态的变化规律可用一个所谓的多变过程来描述，它概括了上述四种特定的热力过程。
pv n=C n=0等压过程
n=1等温过程
n=k绝热过程
n=±∞等容过程
6、热力学第一定律及稳定流动能量方程：(能量守恒定律)
热力学第一定律指出：自然界一切物质都具有能量，它能够从一种形式转换成另一种形式，从一个物体传到另一物体，在转换和传递过程中能量的数量保持不变。
根据热力学第一定律，稳定流动能量方程可表示为：
Q单位时间内加给系统的热量(kW) h1h2P单位时间内加给系统的轴功率(kW)
m流入或流出该系统的质量(kg/s)
h1进入系统时的比焓(kJ/kg)
Q h2流出系统时的比焓(kJ/kg)
在制冷系统中：
压缩过程：P=(h2-h1)
蒸发冷凝过程：
q=(h2-h1)
节流过程：h2=h1
7、逆向可逆循环
循环可分为正向循环和反向循环，动力循环为正向循环，制冷循环按逆向循环工作。逆向循环是一种消耗功的循环。
当高温热源和低温热源的温度不变时，具有两个可逆的等温过程和等熵过程的逆向循环称为逆卡诺循环，逆卡诺循环没有任何不可逆损失，因而它耗功最小。
熵ΔS=Δq/T330K
280K
制冷系数：ε0=q0/w0=T0/(Tk-T0) 5.6
实际循环的制冷系数ε总是小于同温热源时的逆卡诺循环的制冷系数ε0，两者之比为热力完善度。
η=ε/ε0
8、物质的集态变化：
固态
熔化
升华
凝华凝固
气态冷凝液态
汽化（有蒸发和沸腾两种方式）
显热：是指物质被冷却或加热时，只有温度变化而无相变时所放出或吸收的热量。
潜热：是指物质发生相变而温度不变时，放出或吸收的热量。
饱和、过冷及过热
一定温度下，密闭容器内蒸汽和液体处于平衡状态，蒸汽密度不再改变，这种状态称为饱和状态。饱和压力总是对应一定的饱和温度。
对蒸汽而言，当压力一定时，蒸汽温度高于饱和压力对应的温度，这种状态称为过热状态。对液体而言，当压力一定时，液体温度低于饱和压力对应的温度，这种状态称为过冷状态。饱和状态下蒸汽和液体共存体称为湿蒸汽，单位质量的湿蒸汽中所含饱和蒸汽的质量称为干度。
(二)、传热基础知识
热量传递的三种基本方式：
导热：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子，原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热（或称热传导）。
导热虽然在固体、气体、液体中都会发生，但单纯的导热只会在固体中发生。
对流：体各部分之间发生相对位移，冷热流体互相掺混所引起的热量传递方式。
对流分为自然对流和强制对流，自然对流是由于流体冷热各部分的密度不同引起的，强制对流是由于泵、风机等作用所造成的。
对流换热系数α的大小与换热过程中的许多因素有关，它不仅取决于流体的物性（λ，μρ，Cp等）以及换热表面的形状与布置，主要与流速有密切的关系。
对流换热系数（W ∕(m 2·℃)）的大致范围
热辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射，因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。
物体的辐射能力与温度有关，辐射强度与绝对温度的四次方成正比，在制冷与空调工程中，由于物体温度不高，一般不考虑辐射换热量。
传热过程及传热系数：
三个环节：
(1)
从热流体到壁面高温侧的热传递(2)从壁面高温侧到壁面低温侧的热传递(3)从壁面低温侧到冷流体的热传递Q=kA(t1-t2)=kA △t
在稳定传热时，对于通过平壁的传热，传热系数K,可用下式计算：
W/(m 2
.K)
通过单层平壁的传热过程
对于多层壁面的传热过程，传热系数可按下式计算：
W/(m 2
.K)
1/α为对流传热热阻、δ/λ为导热热阻
显然，当金属管壁内结有水垢或油污后，将使传热热阻增大，传热系数降低。
例：TBD空调箱在广州地区使用是否会结露？
Q=KF(t w-t n)=αw F(t w-t s)t w=35℃t n=14℃
ts=tw-(K/αw)(tw-tn)φ=80%
t l=31.4℃
αw=10W/(m2K)
αn=15W/(m2K)
λs=40W/(mK)
λpu=0.026W/(mK)
K=1/(1/αw+δs/λs+δpu/λpu+δs/λs+1/αn)
=1/(1/10+0.001/40+0.05/0.026+0.001/40+1/15)
=1/(0.1+0.000025+1.923+0.000025+0.0667)
=1/2.09
=0.479W/(m2K)
ts=tw-(K/αw)(tw-tn)
=35-(0.479/10)(35-14)
=33.99
t l=31.4℃
ts>t l=31.4℃
传热温差的计算：
顺流、逆流时传热温差可按下式计算：
目前，溴化锂吸收式制冷机的传热计算中，热交换器平均温差常采用沙苛洛夫提出的简
化公式：
△tm=△-a△a -b△b
△
冷热物体最大温差
△a a 流体在换热过程中的温度变化△b b 流体在换热过程中的温度变化a,b a,b 与换热器的流动方式有关的常数
三、流体力学基础
流速
w=V/A
管内连续性方程：流体作稳定流动时，流经流道任一截面的流量应相等。
A1w1=A2w2
α
λ
α
流体稳定流动能量守恒
流体流动阻力
1.沿程阻力：（摩擦阻力）：由于流体分子间本身的粘滞力及流体与管壁产生的粘滞力之和形成的摩擦阻力。
2.局部阻力：由于弯头、阀件等管件使流体流速及方向发生改变而产生局部涡旋能量损失，形成的阻力。
一般局部阻力为沿程阻力的2～3倍