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【HETA】讲给小白听:流体热物性参数和单位

2018-11-13 15:03| 发布者: 南召修电视| 查看: 1201| 评论: 0

摘要: 不管是水还是空气,亦或者其他,每一种流体都有它自己的独特的物理参数,就像生物科学中的“基因”一样,这些物性参数构成了流体本身区别于其它流体的特性。 与热有关的物性叫热物性,由于流体的热物性对传热和阻 ...

不管是水还是空气,亦或者其他,每一种流体都有它自己的独特的物理参数,就像生物科学中的“基因”一样,这些物性参数构成了流体本身区别于其它流体的特性。

       与热有关的物性叫热物性,由于流体的热物性对传热和阻力都有极大的影响,而且是计算和设计中不可缺少的数据,因而本期本小生将给大家介绍几种常用流体的热物性参数。


一:空气、烟气、水、水蒸气的物理性质

    

考虑到翅片管换热器的应用特点,管外翅片侧主要与空气或烟气打交道,而管内流动的主要是水和水蒸气,偶尔也有其他流体,如制冷剂等。所以下面给出的热物性表基本上能满足翅片管换热器的计算要求。见下面相关附录:



上表适用于1个大气压( 100000Pa )下的空气,对于在管道中流动的空气,在鼓风机或引风机的作用下,其压力可能在大气压上下波动,但一般波动幅度不超过1个大气压的1%,故上表仍是适用的。


 

二:几个常用单位的说明

    

1、力的单位 

从中学物理知道,力= 质量×加速度,对于1 kg 质量的物体,当其加速度为1 m / s时,就构成了力的单位:牛顿( N ),所以:

1 N = 1 kg ×1 m/s= 1 kg.m /s 

2、压力或压强单位为Pa 

因为压力=力 / 面积,即单位面积上承受的力,所以:

 1 Pa = 1 N / 1 m2 = 1 kg / ( m s .)
应该记住,1 个大气压= 100000 Pa = 10KPa.= 0.1 MPa (兆帕)

3、功、能量、热量的单位 

由中学物理可知功=力×距离,单位是焦耳(J):
 1 J = 1 N ×1 m = 1 kg.m2 / s .
应当记住,热量是能量的一种,其单位同样是焦耳(J),或千焦耳(KJ)


 4、 功率的单位 

单位时间做的功叫功率,其单位是我们所熟知的瓦(W),1 W = 1 J / s ,或 1 KW = 1 KJ / s

5、目前,工程上经常用千卡或大卡(Kcal)作为热量的计量单位 

1 千卡的物理含义是:1公斤的水温度升高1度或降低1度所吸收或放出的热量。这一工程单位正逐渐被国际单位千焦(KJ)所代替。二者的换算关系为:
1 KJ = 0.2388 Kcal 或 1 Kcal = 4.1868 KJ 1 KW. = 1 KJ /s= 0.2388 Kcal /s = 860 Kcal /h
例如,有一台锅炉,热负荷为 1200000 Kcal / h , 其对应的KW数为: 1200000 / 860 = 1395 KW ≈2×700 KW =1.4 MW ( 1 MW = 106 W). 3物性表的应用举例:


三:举例说明

    

1、事例   

有一热风炉,所产生的热风在200℃时的体积流量为40000m3/h, 试将其换算成质量流量kg/h. 由上面的空气物性表查得在200℃下的空气密度ρ=0.746 kg/m3, 则空气的质量流量为:G = 40000m3/h×0.746 kg/m3 = 29840 kg/h = 8.29 kg / s ..

进一步将上述质量流量换算成0℃下的体积流量,即标准立方米每小时(Nm3/h)。 由上表查得,在0℃下的空气密度为ρ=1.293 kg/m3,则在标准状况下的体积流量为: V = 29840 kg/h÷ 1.293 kg/m3 = 23078 Nm3/h.

请记住,质量流量(kg/ h)或标准体积流量(Nm3/h)在流体的流动和换热过程中是保持不变的,是不随温度而变化的。


2、在物性表中,有一个与热量计算有关的物理量----比热Cp, KJ / (kg.℃)。

其物理意义从单位的表述中可以得知:1kg 质量的物体,当温度产生1 ℃ 的变化时,该物体含有的热能的变化(KJ).

试问,对于1kg 的 800℃ 的高温烟气,其含有的热能是多少?

由烟气物性表查得,800℃ 下‘’的比热Cp =1.264KJ / (kg.℃) ,则1kg烟气所包含的热能为:800℃×1.264 KJ / (kg.×℃) = 1011.2 KJ / kg 。

假如在经过换热器之后,烟气的温度降至200℃,问这时该1kg烟气所包含的热能是多少?首先,查取200℃时的烟气比热Cp = 1.097KJ / (kg.℃), 则1kg烟气的热能为:200℃×1.097 KJ / (kg.℃)=219.7 KJ / kg 。

3、在饱和水的热物理性质表中,应当关注的是饱和温度和饱和压力(Pa)的对应关系。

所谓饱和状态,是指在一个只有水和水蒸汽共存的密闭容器中,在这一对应的饱和温度和饱和压力下,液体变成蒸汽的分子数等于蒸汽变成液体的分子数,即处于相对的平衡状态。
试问,一台产生0.6MPa饱和蒸汽的锅炉,其蒸汽的出口温度是多少? 

由水蒸汽热物性表查得,0.6MPa对应的蒸汽温度约为158℃。

4、在饱和水和饱和水蒸气的热物性表中,还应当关注的是两个热焓值:饱和水的热焓h’ 和饱和蒸汽的热焓 h。

其单位为 KJ/kg,物理意义是一公斤质量的介质所包含的热能,热能的计算起点是0℃。例如,100℃下水的焓值h‘ ‘  = 419.1KJ/kg, 而100℃下水蒸气的焓值为h‘ ‘ , = 2675.7 KJ/kg, 二者的差值: 2675.7- 419.1= 2256.6 KJ/kg = r 。此处,r 叫汽化潜热,是水蒸气热物性表中的另一个重要物理量。

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