作者：liar
第一章 汽轮机基本原理及结构
第一节 工程热力学常识
工程热力学是热力学中的一个分支，它主要是研究热和功之间相互转换的规律，其主要目的是建立热机理论。
热能与其它能量之间的转换，总是通过物质的状态变化来实现的，如燃气轮机中的燃气。蒸汽轮机中的水蒸气等，工程热力学把这种物质称为工质，最常用的工质是一些可压缩的流体。
1. 状态参数基本概念
工质的状态变化，我们可以通过几个状态参数加以描述。 （1） 压力
气体与其它物质一样都是由分子组成。容器中的大量气体分子总是充满了整个容器，且一直处于不停的运动之中。气体的压力即气体分子运动时撞击容器表面而在单位面积上所呈现的平均作用力，用P表示。在工程热力学中测量气体压力的单位是公斤力/㎡或公斤力/厘米2，或常用“工程气压”作单位。
即：1工程气压=1公斤力/厘米2=10000公斤力/米2。
通常物理学中所用的物理大气压是指由于空气的重力所产生的压力，它是以纬度45°出的海平面上的常年平均气压定作“标准大气压”，即物理大气压，它与工程气压的换算关系为：1物理大气压=1.033工程气压。
在工程测量中也常用水柱或汞柱来表示压力：
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1工程气压=10米水柱=736毫米汞柱 1物理大气压=10.33米水柱=760毫米汞柱
在工程上常用弹簧管式压力计或U型管式压力计测量工质的压力。这些表计本身常处于大气压的作用下，从它们的工作原理可以看出，表计上所显示的数值是工质的压力与当地大气压的差值而不是工质的真实压力。我们把工质的真实压力称为“绝对压力”，把表计所指示的压力称为“表压力”。它们的关系是：
当工质的绝对压力高于当地大气压时：工质绝对压力=当地大气压+表压力
当工质绝对压力低于当地大气压时，即出现真空时：工质绝对压力=当地大气压力-表压力。此时测量真空的仪器就叫真空计，而此时的“表压力”就称为真空度。
（2） 温度
温度表示了物体的冷热程度。从分子运动学角度讲，温度是物体分子运动平均动能的度量，物体的温度越高表示其分子运动的速度越大，则动能也越大、即物体所具有的能量也越大。
在工程测量中，温度测量最常用有两种温度标尺——摄氏温标（℃）和华氏温标（°F）。
摄氏温标是以1标准大气压下水的冰点作为0℃，汽点（或称沸点）作为100℃来标定的。
华氏温标是用于英制系统。它是以1标准大气压下水的冰点作为32°F，汽点作为212°F来标定的。华氏温度与摄氏温度之间的关系
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是：
t°F=9/5t°C+32 或 t℃=5/9(t°F-32)
在热力学中，采用了绝对温标（°K），它的分度值与摄氏温标分度值相等，但其绝对零度在零下273℃。绝对温度与摄氏温度之间的关系是：
T°K=t℃+273
从分子运动学角度看，绝对零度（0°K）即意味着物体内分子的运动趋于停止。 （3） 比容和比重
单位质量的物质所占有的容积称为比容。其单位为m3/kg。从普通物理学可以知道，如果我们忽略了重力加速度的变化因素，我们就可以把比容直接看着是重量的物理所占有的比容。比容常用v表示。 单位容积内所含物质的重量称作比重。其单位为公斤重/米3。 对于同一气体来说，比重或比容都是描绘气体分子疏密程度的物理量。
任何一种气体，它们的状态参数P，U，T之间是有着一定的内在联系。对于理想气体（如果我们假设某气体内的分子本身的体积和分子间的相互吸引力略去不计，这种气体就称为理想气体，在工程上，空气或燃气可近似视作理想气体），它们的关系是： P*v=R*T
R为气体常数，不同的气体有不同的气体常数。上述关系就称为理想气体的状态方程式。
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当气体温度不变时，压力与温度成正比。 2. 热力学第一定律
运动是物质存在的形式，是物质的固有属性。所谓能量即是物质运动的度量。能量的转换与守恒定律告诉我们：“自然界一切物质都具有能量。能量不可能被创造，也不可能被消灭，而只能在一定条件下从一种形态转变为另一种形态。在转换中，能量的总量恒定不变。”
热力学第一定律则是能量转换与守恒定律在热力学中的应用。它说：“在任何发生能量转换的热力过程中，转换前后能量的总量维持恒定。”例如，我们可以通俗地这么说，在热能转换成机械能的过程中，当一定量的热能消失，则必然有相当量的机械能产生。反之，消耗一定量的机械能就必然有相当量的热能产生，我们可以把这一关系表示为：
Q=A*W Q——转换的热量 W——转换的机械能 A——热功当量
由于多次实验得出：1大卡热量可以转换成427公斤.米的机械能。因此A=1/427大卡/公斤.米。
单位时间内所作的功称“功率”，其单位是公斤.米/秒。功率还有一些常用单位：
1马力=75公斤.米/秒
1千瓦=102公斤.米/秒=1.35马力 3. 火力发电厂热力循环
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能量既然是可以相互转换的，那么在火力发电厂里，能量转换是如何实现的呢？在火力发电厂中，水（或蒸汽）作为工质是被循环使用的。图1-1所示为一汽轮发电机组的简单循环示意图。
给水泵凝汽器锅炉汽轮机图1-1 汽轮发电机组的简单循环示意图
水在锅炉里被加热变成具有一定温度、压力的蒸汽，即燃料的化学能在锅炉里转化为热能并传给水和水蒸汽，使水蒸汽本身所具有的能量升高，其特征表现为温度、压力的升高，这个能量我们称之为水蒸汽的内能，水蒸汽的内能一般以热量的形式来度量，所以习惯上也称水蒸汽的热能。也就是说水蒸汽在锅炉里获得了一定数量的热能后进入汽轮机，水蒸汽在汽轮机里膨胀的过程中，将一部分热能转变为机械能并带动发电机，发电机则把机械能转变为电能。蒸汽排出汽轮机后进入冷凝器继续冷却并凝结成水，重又通过给水泵送回锅炉，完成一个循环。
在循环中，锅炉源源不断向蒸汽提供热量，称其为热源。汽轮机
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XX电厂汽轮机操作运行培训讲义
