关于热工基础知识

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Answer 1

《热工基础》 《热工基础与应用》 《工程热力学》 《传热学》 热工基础知识 1、水和水蒸汽有哪些基本性质？ 答：水和水蒸汽的基本物理性质有：比重、比容、汽化潜热、比热、粘度、温度、压力、焓、熵等。水的比重约等于1（t/m 3 、kg/dm 3 、g/cm 3 ）蒸汽比容是比重的倒数，由压力与温度所决定。水的汽化潜热是指在一定压力或温度的饱和状态下，水转变成蒸汽所吸收的热量，或者蒸汽转化成水所放出的热量，单位是：KJ/Kg。水的比热是指单位质量的水每升高1℃所吸收的热量，单位是KJ/ Kg· ℃，通常取4.18KJ。水蒸汽的比热概念与水相同,但不是常数，与温度、压力有关。 2、热水锅炉的出力如何表达？ 答：热水锅炉的出力有三种表达方式，即大卡/小时（Kcal/h）、吨/小时(t/h)、兆瓦（MW）。 （1）大卡/小时是公制单位中的表达方式，它表示热水锅炉每小时供出的热量。 （2）"吨"或"蒸吨"是借用蒸汽锅炉的通俗说法，它表示热水锅炉每小时供出的热量相当于把一定质量（通常以吨表示）的水从20℃加热并全部汽化成蒸汽所吸收的热量。 （3）兆瓦(MW)是国际单位制中功率的单位，基本单位为W （1MW=106W）。正式文件中应采用这种表达方式。 三种表达方式换算关系如下： 60万大卡/小时（60×104Kcal/h）≈1蒸吨/小时〔1t/h〕≈0.7MW 3、什么是热耗指标？如何规定？ 答：一般称单位建筑面积的耗热量为热耗指标，简称热指标，单位w/m 2 ,一般用qn表示，指每平方米供暖面积所需消耗的热量。黄河流域各种建筑物采暖热指标可参照表2-1 建筑物类型 住宅 综合 居住区 学校或 办公场所 旅馆 食堂餐厅 非节能型建筑 56~64 60~80 60~80 60~70 115~140 节能型建筑 38~48 50~70 55~70 50~60 100~130 上表数据只是近似值，对不同建筑结构，材料、朝向、漏风量和地理位置均有不同，纬度越高的地区，热耗指标越高。 4、如何确定循环水量？如何定蒸汽量、热量和面积的关系？ 答：对于热水供热系统，循环水流量由下式计算： G=[Q/c(tg-th)]×3600=0.86Q/(tg-th)式中：G - 计算水流量，kg/h Q - 热用户设计热负荷，W c - 水的比热，c=4187J/ kgo℃ tg﹑th－设计供回水温度，℃ 一般情况下，按每平方米建筑面积2~2.5 kg/h估算。对汽动换热机组， 由于供回水温差设计上按20℃计算，故水量常取2.5 kg/h。 采暖系统的蒸汽耗量可按下式计算： G=3.6Q/r + ⊿h 式中：G - 蒸汽设计流量，kg/h Q - 供热系统热负荷，W r - 蒸汽的汽化潜热，KJ/ kg ⊿h - 凝结水由饱和状态到排放时的焓差，KJ/ kg 在青岛地区作采暖估算时，一般地可按每吨过热蒸汽供1.2万平方米建筑。 5、系统的流速如何选定？管径如何选定？ 答：蒸汽在管道内最大流速可按下表选取： 单位：（ m/s ） 蒸汽性质 公称直径>200 公称直径≤200 过热蒸汽 80 60 饱和蒸汽 60 35 蒸汽管径应根据流量、允许流速、压力、温度、允许压降等查表计算选取。 6、水系统的流速如何选定？管径如何选定？ 答：一般规定，循环水的流速在0.5~3之间，管径越细，管程越长，阻力越大，要求流速越低。为了避免水力失调，流速一般取较小值，或者说管径取偏大值，可参考下表： 管径 （mm） DN20 DN25 DN32 DN40 DN50 DN65 DN80 流速 （m/s） 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 在选择主管路的管径时，应考虑到今后负荷的发展规划。 7、水系统的空气如何排除？存在什么危害？ 答：水系统的空气一般通过管道布置时作成一定的坡度，在最高点外设排气阀排出。排气阀有手动和自动的两种，管道坡度顺向坡度为0.003，逆向坡度为0.005。管道内的空气若不排出，会产生气塞，阻碍循环，影响供热。另外还会对管路造成腐蚀。空气 进入汽动加热器会破坏工作状态，严重时造成事故。 8、系统的失水率和补水率如何定？失水原因通常为何？ 答：按照《城市热力网设计规范》规定：闭式热力网补水装置的流量，应为供热系统循环流量的2%，事故补水量应为供热循环流量的4%。失水原因：管道及供热设施密封不严，系统漏水；系统检修放水；事故冒水；用户偷水；系统泄压等。 9、水系统的定压方式有几种？分别是如何实现定压的？系统的定压一般取多少？ 答：热水供热系统定压常见方式有：膨胀水箱定压、普通补水泵定压、气体定压罐定压、蒸汽定压、补水泵变频调速定压、稳定的自来水定压等多种补水定压方式。采用混合式加热器的热水系统应采用溢水定压形式。 （1）膨胀水箱定压：在高出采暖系统最高点2-3米处，设一水箱维持恒压点定压的方式称为膨胀水箱定压。其优点是压力稳定不怕停电；缺点是水箱高度受限，当最高建筑物层数较高而且远离热源，或为高温水供热时，膨胀水箱的架设高度难以满足要求。 （2）普通补水泵定压：用供热系统补水泵连续充水保持恒压点压力固定不变的方法称为补水泵定压。这种方法的优点是设备简单、投资少，便于操作。缺点是怕停电和浪费电。 （3）气体定压罐定压：气体定压分氮气定压和空气定压两种，其特点都是利用低位定压罐与补水泵联合动作，保持供热系统恒压。氮气定压是在定压罐中灌充氮气。空气定压则是灌充空气，为防止空气溶于水腐蚀管道，常在空气定压罐中装设皮囊，把空气与水隔离。气体定压供热系统优点是：运行安全可靠，能较好地防止系统出现汽化及水击现象；其缺点是：设备复杂，体积较大，也比较贵，多用于高温水系统中。 （4）蒸汽定压：蒸汽定压是靠锅炉上锅筒蒸汽空间的压力来保证的。对于两台以上锅炉，也可采用外置膨胀罐的蒸汽定压系统。另外，采用淋水式加热器和本公司生产的汽动加热器也可以认为是蒸汽定压的一种。 蒸汽定压的优点是：系统简单，投资少，运行经济。其缺点是：用来定压的蒸汽压力高低取决于锅炉的燃烧状况，压力波动较大，若管理不善蒸汽窜入水网易造成水击。 （5）补水泵变频调速定压：其基本原理是根据供热系统的压力变化改变电源频率，平滑无级地调整补水泵转速而及时调节补水量，实现系统恒压点的压力恒定。 这种方法的优点是：省电，便于调节控制压力。缺点是：投资大，怕停电。 （6）自来水定压：自来水在供热期间其压力满足供热系统定压值而且压力稳定。可把自来水直接接在供热系统回水管上，补水定压。 这种方法的优点是显而易见的，简单、投资和运行费最少；其缺点是：适用范围窄，且水质不处理直接供热会使供热系统结垢。 （7）溢水定压形式有：定压阀定压、高位水箱溢水定压及倒U型管定压等。 运行中，系统的最高点必然充满水且有一定的压头余量，一般取4m左右。由于系统大都是上供下回，且供程阻力远小于回程阻力，因此，运行时，最高点的压头高于静止时压头。因此，静态定压值可适当低一些，一般为1~4m为宜。最大程度地降低定压压值，是为了充分利用蒸汽的做功能力。 10、运行中如何掌握供回水温度？我国采暖系统供回水温差通常取多少？ 答：我国采暖设计沿用的规定：供水温度95℃，回水温度70℃，温差为25℃。但近年来，根据国内外供热的先进经验，供回水温度及温差有下降趋势，设计供回水温度有取80/60℃，温差20℃的。 11、什么是比摩阻？比摩阻系数通常选多少？水系统的总阻力一般在什么范围？其中站内、站外各为多少？ 答：单位长度的沿程阻力称为比摩阻。一般情况下，主干线采取30～70Pa/m，支线应根据允许压降选取，一般取60～120Pa/m，不应大于300 Pa/m。一般地，在一个5万m 2 的供热面积系统中，供热系统总阻力20 ～25m水柱，其中用户系统阻力2～4m，外网系统阻力4～8m水柱，换热站管路系统阻力8～15m水柱。 12、热交换有哪几种形式？什么是换热系数？面式热交换器的主要热交换形式是什么？ 答：热交换（或者说传热）有三种形式：导热、对流和辐射。对面式热交换器来说，换热的主要形式是对流和导热，对流换热量的计算式是：Q=αA（t2-t1），导热换热量的计算式是：Q=（λ/δ）A（t2-t1）。在面式热交换器中的传热元件两侧都发生对流换热，元件体内发生导热。 13、面式热交换器有哪些形式？其原理、优缺点各为何？ 答：面式热交换器的主要形式有：管壳式换热器、板式换热器、热管式换热器等。它可细分成很多形式，其共同的缺点：体积大，占地大、投资大，热交换效率低（与混合式比较），寿命短；它们的优点是凝结水水质污染轻，易于回收。 14、普通的混合式热交换器有什么缺点？ 答：普通的混合式热交换器，蒸汽从其侧面进入，水循环完全靠电力实现，它虽具有体积小、热效率高的优点，但存在下列缺点： 1、 不节电，任何情况下都不能缺省循环水泵； 2、 不稳定，当进汽压力较低，或进水压力较高时，皆会出现剧烈的振动和噪声； 3、同样，也存在凝结水回收难的问题。 15、供热系统常用到哪几种阀门，各有什么性能？ 答：供热系统常用到的阀门有：截止阀、闸阀（或闸板阀）、蝶阀、球阀、逆止阀（止回阀）、安全阀、减压阀、稳压阀、平衡阀、调节阀及多种自力式调节阀和电动调节阀。 其中 截止阀：用于截断介质流动，有一定的节调性能，压力损失大，供热系统中常用来截断蒸汽的流动，在阀门型号中用"J"表示截止阀 闸阀：用于截断介质流动，当阀门全开时，介质可以象通过一般管子一样，通过，无须改变流动方向，因而压损较小。闸阀的调节性能很差，在阀门型号中用"Z"表示闸阀。 逆止阀：又称止回阀或单向阀，它允许介质单方向流动，若阀后压力高于阀前压力，则逆止阀会自动关闭。逆止阀的型式有多种，主要包括：升降式、旋启式等。升降式的阀体外形象截止阀，压损大，所以在新型的换热站系统中较少选用。在阀门型号中用"H"表示。 蝶阀：靠改变阀瓣的角度实现调节和开关，由于阀瓣始终处于流动的介质中间，所以形成的阻力较大，因而也较少选用。在阀门型号中用"D"表示。 安全阀：主要用于介质超压时的泄压，以保护设备和系统。在某些情况下，微启式水压安全阀经过改进可用作系统定压阀。安全阀的结构形式有很多，在阀门型号中用"Y"表示。 16、除污器有什么作用？常安装于系统的什么部位？ 答：除污器的作用是用于除去水系统中的杂物。站内除污器一般较大，安装于汽动加热器之前或回水管道上，以防止杂物流入加热器。站外入户井处的除污器一般较小，常安装于供水管上，有的系统安装，有的系统不安装，其作用是防止杂物进入用户的散热器中。新一代的汽动加热器自带有除污器 17、有时候发现有的用户暖气片热而有的不热，何故？如何解决？ 答：这叫作系统水力失调，导致的原因较复杂，大致有如下原因： （1）管径设计不合理，某些部位管径太细； （2）有些部件阻力过大，如阀门无法完全开启等； （3）系统中有杂物阻塞 （4）管道坡度方向不对等原因使系统中的空气无法排除干净； （5）系统大量失水； （6）系统定压过低，造成不满水运行； （7）循环水泵流量，扬程不够； 要解决系统失调问题，首先要查明原因，然后采取相应措施 18、汽暖和水暖各有什么优缺点？ 答：汽暖系统虽有投资省的优点，但能源浪费太大，据权威部门测算，汽暖比水暖多浪费能源约30%，因此近年汽暖方式正逐步被淘汰。汽暖浪费能源主要表现在： (1)国内疏水器质量不过关，使用寿命短，性能差，汽水一块排泄； (2)管系散热量大，除工作温度高的原因外，保温破坏，不及时维修也是原因之一； (3)系统泄漏严重，同样的泄漏面积，蒸汽带出的热量比水大得多。汽暖除了不经济之外，还不安全，易发生人员烫伤和水击暴管事故。很多系统运行中伴随有振动和水击声，影响人的工作和休息。另外，汽暖房间空气干燥，让人感到不舒适。 水暖系统虽适当增加了投资，但克服了上述弊端。

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工程热力学与传热学的简称。其中工程热力学主要是研究热力学机械的效率和热力学工质参与的能量转换在工程上的应用，如将热力学能转化成机械能推动动力机械做功以及其效率的学科，再如，空调将机械能转化成热力学能等；而传热学是研究热量传递的一门学科，如反应堆的导热，对流换热，辐射能的传递等。
热工主要应用于热能与动力工程，核能科学与工程,热加工工程等方面，还应用于非工程方面。

热现象是人类生活中最早接触到的自然现象之一。远古时代的钻木取火，就是机械能转换为热能的例子。随着人类在生产、生活上的需要，对热的利用和认识，经历了漫长的岁月，从取暖、热食到制作金属工具，有过不少发明创造，我国在12至13世纪就有用火力来产生旋转运动的走马灯和使用火药向后喷气加速箭的飞行记载，这与现代燃气轮机和火箭等喷气推进原理是一致的。可是，由于历代王朝的封建统治，劳动人民的创造发明得不到重视更谈不到总结经验，形成一整套的理论，来促进生产力的发展和人民生活的改善。
人类对热的本质的认识并逐渐形成热力学这门学科，只是近300年的事。18世纪以前，动力的来源主要是人力、畜力以及风力、水力等自然动力。随着人类社会的发展，人们迫切地要求解决生产上动力不足的问题，因此在18世纪发明了蒸汽机，实现了热能向机械能的转换。蒸汽机在工业上的广泛使用，促进了工业的迅速发展。但是，由于蒸汽机笨重、效率不高等缺点，因而促使人们对于水和蒸汽以及其它物质的热力性质进行研究；与此同时，卡诺对如何提高热效率，迈耶、焦尔等人对热与功的转换规律进行了大量实验，从而建立了热力学两个基本定律，大大地促进了热力学这门学科的形成和发展，促使热力发动机不断地发展与改进以及新型动力机的创造与发明。由于蒸汽机不宜用于运输工具上，而且也不能满足由于工业生产的不断发展与高度集中所需要的巨大动力，因此在热力学有关理论的指导下，于19世纪末期，遂发明了内燃机及蒸汽轮机，内燃机具有效率高、重量轻的优点，蒸汽轮机则具有效率高、功率大的优点。内燃机及蒸汽轮机的出现，极大地促进并发展了热力学中热力过程和热力循环的研究。而蒸汽轮机又推动了高参数蒸汽性质及高速气流等问题的研究，使热力学两个定律应用于工程实际中，形成了工程热力学学科。
第二次世界大战期间出现的喷气式飞机和远射程火箭所用的喷气发动机，由于能产生巨大的动力等优点，所以能满足高速高空飞行的要求，成为进入宇宙空间的主要动力。对航空燃气轮机作部分改造，即成为地面上所用的燃气轮机，在发电站、机车和船舶中已广泛使用，并在工程热力学中也发展了相应的研究内容。
近年来原子能动力装置的利用，为人类开辟了利用能源的新纪元。此外，还出现了能量直接转换的新技术，它既可提高转换的效率，又可免去庞大的热力机械，例如化学能直接转化成为电能的燃料电池，热能直接转化成电能的温差电池和磁流体发电等。这在热力学中也现出相应的研究课题。