理论教育 热力学基本参数及其应用解析

热力学基本参数及其应用解析

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:当压力表的读数为零值时,其绝对压力为当地、当时的大气压力。在热力工程中,将流动工质的内能和推动功之和称为焓。熵是表征工质在状态变化时与外界进行热交换的程度。物体相变时所吸收或放出的热量均为潜热,分别称为汽化潜热、液化潜热、溶解潜热、凝固潜热、升华潜热和凝华潜热。

热力学基本参数及其应用解析

1.绝对压力、表压力和真空度

(1)绝对压力

容器中气体的真实压力称为绝对压力,用符号p表示。

当容器中没有任何气体分子时,即真空状态下,绝对压力值为零。

(2)表压力

在制冷系统中,用压力表测得的压力值称为表压力,用符号p表表示。

当压力表的读数为零值时,其绝对压力为当地、当时的大气压力。表压力并不是容器内气体的真实压力,而是容器内真实压力(p绝)与外界当地大气压力(B)之差,即

pp+B

(3)真空度

系统内的绝对压力小于当地大气压力的数值称为真空度,用符号H表示,法定单位为Pa,也有用非法单位mmHg,即

HB-p

2.密度和比体积

(1)密度

密度是指某种物质单位体积的质量,用符号ρ表示,单位为kg/m3

(2)比体积

比体积是指某种物质单位质量的体积(容积),用符号v表示,单位为m3/kg。对同一种物质来说,它的密度和比体积互为倒数,即ρ=1/vv=1/ρ

3.热能

热能是能量的一种形式,它是物质分子运动的动能。热能是可以随物质运动由这种形式转变为另一种形式的能量。

4.热量

热量是物质热能转移时的度量,是表示物体吸热或放热多少的量度,用符号Q表示。国际单位制中,热量的单位是焦耳(J)或千焦(kJ)。工程技术中,热量单位也有用非法定单位卡(cal)或千卡(又称大卡)(kcal)来表示。这两种单位的换算关系是

1kJ=0.24kcal 1kcal=4.18kJ

5.制冷量

制冷量是用人工方法在单位时间里从某物体(空间)移去的热量。其单位为千焦/小时(kJ/h)或瓦(W)、千瓦(kW)。

6.比热容

单位质量的某物质温度升高1℃所需的热量叫做比热容,用符号c表示。比热容的单位是J/(kg·K)或kJ/(kg·K)。

要计算某物质温度变化时吸收或放出的热量,可以把该物质质量与它的比热容和温度变化相乘,用公式表示为(www.daowen.com)

Qmct1-t2

式中 Q——热量(kJ);

m——质量(kg);

c——比热容[kJ/(kg·K)];

t1——初始温度(℃);

t2——终至温度(℃)。

7.内能、焓和熵

内能是由工质(所谓工质是指热力循环中工作的物质)内部状态决定的能量。它包括工质内部分子热运动的动能、原子电子的振动能以及为克服分子间作用力所形成分子位能。工质的内能取决于工质的状态——温度、压力和比体积。单位质量工质的内能叫做比内能。比内能用符号μ表示。1kg工质的比内能单位是kJ/kg。

焓是工质在流动过程中所具有的总能量。在热力工程中,将流动工质的内能和推动功之和称为焓。

单位质量工质所具有的焓称为比焓,用符号h表示,单位是kJ/kg(或非法定单位kcal/kg)。

熵是表征工质在状态变化时与外界进行热交换的程度。单位质量工质所具有的熵称为比熵,用符号s表示,单位是kJ/(kg·K)或非法定单位kcal/(kg·K)。

8.临界状态与三相点

随着压力的升高,蒸气的比体积逐渐减小而接近液体比体积,当压力增至某一数值后,饱和蒸气与饱和液体之间就无明显的区别,此时的状态称为临界状态。

三相点是固相、液相、气相处于平衡共存的状态点。纯水的三相点温度是0.0098℃,压力为610.5Pa。

9.节流

流体在流道中流经阀门、孔板或多孔堵塞物时,由于局部的阻力使流体压力降低的现象叫做节流。在节流过程中,流体与外界没有热量交换,就称为绝热节流。制冷剂流经热力膨胀阀毛细管可视作近似绝热节流过程。绝热节流过程中,制冷剂与外界无热交换,亦无净功量输出,如无宏观位能和动量的变化,则节流前后制冷剂的焓不变,故也称为等焓节流。

10.显热

物体吸收或放出热量时,物体只有温度的升高或降低,而状态却不发生变化,这时物体吸收或放出的热量叫做显热。

用“显”这个词来形容热,是因为这种热可以用触摸而感觉出来,也可以用温度计测量出来。例如,20℃的水吸热后温度升高至50℃,其吸收的热量为显热;反之,50℃的水降温到20℃时,所放出的热量也为显热。

11.潜热

物体吸收或放出热量时,物体只有状态的变化,而温度却不发生变化,这时物体吸收或放出的热量叫做潜热。

潜热因温度不变,所以无法用温度计测量。物体相变时所吸收或放出的热量均为潜热,分别称为汽化潜热、液化潜热、溶解潜热、凝固潜热、升华潜热和凝华潜热。例如,在常压下,水加热到沸点100℃后,如果继续加热,水将汽化为水蒸气,汽化过程中温度仍为100℃不变,这时吸收的热量为汽化潜热(又称蒸发潜热);反之,高温的水蒸气冷却到100℃后再继续降温,水蒸气将冷凝为水,冷凝过程中温度保持100℃不变,这时放出的热量为液化潜热(又称冷凝潜热)。

虽然热量是物体吸收或放出热的多少,但是有的物体吸收或放出热量只有温度的变化,而无状态的变化;有的物体吸收或放出热量只有状态的变化,而无温度的变化。它们的区别是:前者吸收或放出的是显热,后者吸收或放出的是潜热。

制冷系统中的制冷剂一般选用汽化潜热数值大的物质,这是因为制冷剂在蒸发器中主要是利用由液态吸热变为气态的相变过程来达到制冷目的的,这个热就是汽化潜热。

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