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1、工程单位 章节2.1 第2章 蒸汽工程和传热蒸汽和冷凝水系统手册2.1.12.1 工程单位33工程单位 章节2.1 第2章 蒸汽工程和传热蒸汽和冷凝水系统手册2.1.2工程单位在工程应用中，人们提出并使用了很多不同的定义和工程单位，用来表征机械和热力学上的特性。这样，就需要选定大家公认的国际单位制（简称SI）。国际单位制以七个基本单位为基础，它们是长度（米）、质量（千克）、时间（秒）、和温度（K），前3个不需要过多的解释，第4个单位温度（K）将在后边详细介绍。其它是电流（安培）、物质的量（摩尔）和发光强度（坎德拉），这些单位可能已经被那些有电子、化学和物理学背景的读者所熟知，但是这些单位与蒸汽
2、工程以及蒸汽和冷凝水系统的内容基本无关。表2.1.1列出了与本书内容相关的单位，相信已被具有一般工程背景的人所熟知，这些单位都是用那些在科学和工程发展中著名的先驱者的名字来命名的。表2.1.1 国际单位导出量 量的名称 名称 符号 国际单位 引申单位面积 平方米 A m2 -体积 立方米 V m3 -速度 米/秒 m/s -加速度 米/秒2 a m/s2 -力 牛顿 N kg m /s2 J/m 能量 焦耳 J kg m2/s2 N m 压强 帕斯卡 Pa kg m/s2 N/m2 功率 瓦特 W kg m2/s3 J/s 除此之外，还有其他一些导出量，这些量对每个从事蒸汽工程的人都非常重要。
3、如表2.1.2所示。表2.1.2 其它国际单位导出量量纲 国际单位 引申单位密度 kg/m3 kg/m3 比容（Vg） m3/kg m3/kg 比焓（h） m2/s2 J/kg 比热（Cp） m2/s2K J/kg K 比熵 m2/s2K J/kg K 热流量 m2kg/s3 J/s 或 W 动力粘度 kg/ms N s/m2点符号按照惯例，在符号上加点用来表示单位时间的流率，例如：m = 质量 ( kg)m = 单位时间的质量流量 (kg/h) = 质量流率倍数和约数表2.1.3给出了一些前缀，可以用来表示国际单位中的10的倍数和约数，这样可以避免出现很大或很小的数字，前缀直接放在单位前作为
4、单位符号。总的来说：1000米(m)可以表示为1千米(km)。34工程单位 章节2.1 第2章 蒸汽工程和传热蒸汽和冷凝水系统手册2.1.3表2.1.3 与国际单位一起使用的倍数和约数倍数 约数因数 前缀 符号 因数 前缀 符号1012 tera T 10-3 milli m109 giga G 10-6 micro 106 mega M 10-9 nano n103 kilo k 10-12 pico P符号 定义 单位qm 质量流量 kg/s 或 kg/hqv 体积流量 m3/sQL 液体流量 I/minQS 气体流量（STP） I/minQF 实际气体流量 I/minQE 当量水流量 I
5、/minDS 气体密度（STP） kg/m3DF 实际气体密度 kg/m3 PS 标准压力(1.013bar a) bar aPF 实际压力 bar aTS 标准温度 TF 实际温度 STP - 标准温度和压力STP是测量属性时的标准状态；标准温度是纯水的冰点0或273.15K；标准压力是760mm汞柱，通常写为760mm Hg，这个压力称为1个大气压，压力为1.01325105 Pa；气体密度（单位体积的质量）通常采用在标准温度和压力下的值，如果无法在标准温度和压力下测量，在其他条件下的测量值需要换算到标准状态下的值。蒸汽流量计量中的特殊缩写由于历史原因，有关流量计量的国际标准ISO5167
6、（取代BS 1042）使用表2.1.4中的缩写：表2.1.4 流量计量中使用的符号35工程单位 章节2.1 第2章 蒸汽工程和传热蒸汽和冷凝水系统手册2.1.4符号 表2.1.5 在蒸汽和冷凝水系统中经常使用的符号和单位符号 符号名称 单位A 工作条件下的管道截面积 m2 或 mm2cP 定压比热容 kJ/kg或 kJ/kgKcV 定容比热容 kJ/m或 kJ/mKD 管道截面的直径 m 或 mmd 孔的直径 m 或 mmg 重力加速度 9.81 m/s2Hz 频率单位（每秒循环次数） Hz或kHzJ 焦耳，能量单位 J或kJL 长度 mM 流体的摩尔质量 kg/molN 牛顿，力的单位 N或
7、kNPa 压强单位 Pa或kPap 流体的静压力 bar或kPap 压差 bar或kPam 长度的基本单位 mm 质量 kgm 质量流量 kg/s或kg/hms 蒸汽质量流量 kg/s或kg/hQ 热量 kJ Q 传热率 kJ/s (kW)R 半径 m或mmReD 雷诺数（直径为D） 无量纲s 时间的基本单位 Sr 斯德鲁哈尔数 无量纲 应力 N/m2TS 蒸汽温度 K或TL 流体（或产品）温度 K或T 温差或温度变化 K或t 时间 s或hu 流体的速度 m/s 流体的动力黏度 Pas或cP 运动黏度 cSt 流体密度 kg/m3V 体积流量 m3/s或m3/hW 功率单位 W (J/s)V
8、(vg) 体积（比容） m3 (m3/kg)H (hg) 焓（比焓） kJ (kJ/kg)S (sg) 熵（比熵） kJ/K (kJ/kgK)U (ug) 内能（比内能） kJ (kJ/kg)36工程单位 章节2.1 第2章 蒸汽工程和传热蒸汽和冷凝水系统手册2.1.5下 标 在使用焓、熵和内能的时候，需要用下标来区分相性，例如：下标f = 流体或液体，例如 hf表示液体焓下标fg = 液体转化成气体，例如 hfg表示蒸发焓下标g = 总焓，例如 hg表示总焓值得注意的是通常过热蒸汽的总热量记为 h同样，通常用大写字母表示样本量，单位量用小写字母表示。例如：一定量的过热蒸汽的总焓为H kJ过热
9、蒸汽的比焓为h kJ/kg温 度温度刻度是用来显示热平衡状态的，两个互相接触的系统热平衡状态下有相同的温度值。摄氏温标（）这是为大多数工程师使用的温标，它的零度为水结冰的温度。绝对或开氏温标（K）此温标与摄氏温标每度之间有着相同的间隔，但是它的零点是绝对零度，在此温度下，所有分子和原子运动都已停止，定义为绝对零度(0K)，它等于-273.15两个温度之间可以互相转化，如图2.1.1和公式2.1.1所示:2.1.1T（K）=温度（）273.15绝对温度（K）373 K100273 K00 K-273国际单位中温度单位是开尔文，每单位开尔文等于纯水的三相点热力学温度的1/273.15，关于三相点的
10、介绍将在2.2章中加以介绍。大多数热力学计算中都使用开尔文温度，然而，在很多传热计算中用到的温差，可以用或K来表示。既然这两个温标具有相同的间隔，那么1温差就等于1K温差。压 力国际单位中压力单位为帕斯卡（Pa），定义为1牛顿/平方米（1N/m2），但是由于帕斯卡单位太小，在蒸汽工程中通常使用的是kPa 或 MPa。然而，在蒸汽工程中最常用的公制压力单位为bar，1bar等于105N/m2，近似等于1大气压，本书中所用的都是此单位。另外还有一些单位如lb/in2(psi)、kg/cm2、水柱和汞柱，这些换算起来也都很方便。2.1.1 摄氏温度（）37工程单位 章节2.1 第2章 蒸汽工程和传热
11、蒸汽和冷凝水系统手册2.1.6绝对压力 (bar a)此压力基于绝对真空，例如，绝对真空的绝对压力是0 bar a。表 压 (bar g)此压力是在大气压力下测量的压力数据，虽然实际上大气压力与气候和海拔高度有关，但我们通常采用的大气压值是1.01325bar a（1atm），这是地球海平面上的平均压力。表压 = 绝对压力-大气压力压力高于大气压就是正的表压，相反，真空或负压表示压力低于大气压，-1 bar g表示绝对真空。 压差两个压力之间的差值。当谈到压差时，不需要用后缀“g”或“a”来分别表示表压或绝对压力，因为此时压力的起始点无关紧要。因此，无论两个压力测量的基准是表压还是绝对压力，只
12、要这两个压力是以同一基准测量的，它们之间的差值就是一定的。2.1.2密度和比容物质的密度（）是指单位体积（V）的物质所具有的质量（m）；比容（Vg）是单位质量物质所占有的体积，因此它是密度的倒数。（见公式2.1.2）式中: = 密度(kg/m3) m = 质量 (kg) V = 体积 (m3) Vg = 比容 (m3/kg)m1= = Vvg表压绝对压力最大真空压差bar a bar g + 12.1.2 大气压力 （近似1 bar a=0 bar g）绝对真空 （0 bar a）国际单位制中密度（）的单位是kg/m3，比容（Vg）的单位是m3/kg。另外一个用来测量密度的参数是相对密度，它指
13、的是在标准状态（STP）下，一种物质的密度（s）与纯水密度（w）的比值。参考条件是大气压力和0。有时我们所说的20或25，指的是通常的温度和压力条件（NTP）。38工程单位 章节2.1 第2章 蒸汽工程和传热蒸汽和冷凝水系统手册2.1.72.1.3相对密度 = 物质的密度s /水的密度w此条件下水的密度近似为1000kg/m3。因此，那些密度大于水的物质相对密度大于1，那些密度小于水的物质相对密度小于1。既然相对密度是两个密度的比，那它就是个无量纲参数，没有单位。因此，这个参数与物质的质量无关。热量、功和能量能量就是做功的能力。能量转换为机械运动被称为做功，国际单位制中的功和能量单位是焦耳，定
14、义为1Nm。机械功的多少可以由牛顿力学计算出来： 功 = 力 x 位移功也可以描述为：施加的压力和变化的体积的乘积：功 = 施加的压力 x 变化的体积例 2.1.1施加的压力为1 Pa(或1 N/m2)产生的体积变化为1m3，那么这个工程中做了多少功？做的功=1N/m21 m3 = 1N m (或1J)如上例所示，使用国际单位制的好处是等式中的单位可以相互抵消，最终得到需要的单位。根据焦耳的实验观察得到的结论是机械能（或功）和热能是相当的，他发现使一定质量的水上升同样的温度时需要的能量是一定的，无论这个能量是以热能还是以功的形式。系统的总能量包含内能、势能和动能。物质的温度与内能有关（ug），
15、内能与物质内部的分子运动、相互作用以及结合有关；外部能量与物体的速度和位置有关，是势能与动能的总和。存在温度差别最终会导致能量通过热传递的方式进行转移。瓦特是国际单位制中功率的单位，其定义为热量传递的速率1焦耳/秒。其它的用来量化热能的单位有英制热量单位BTU（把1磅水温度升高1华氏度所需要的热量）和千卡（把1千克水加热1摄氏度所需要的热量），这两个单位转换的系数可以从很多资料上找到。比焓这个术语表示的是流体（如水或蒸汽）在给定时间和条件下的总能量，它与压力和温度都有关系。需要指明的是，它指的是内能和外界压力所做的功的总和（如例2.1.1）。基本计量单位是焦耳（J）。由于1焦耳代表的能量非常小，通常使用千焦（kJ）（1000焦耳）作为单位。比焓是指单位质量物体的总能量，它的单位通常是kJ/kg。比热容流体的焓是其温度和压力的函数。由温度变化产生的焓值变化可以通过定压下测量由于热传递引起的温度升高来获得。定压比热Cp，是特定的温度下焓的变化的度量尺度。同样的，内能是温度和比容的函数，定容比热Cv，是内能在特定温度和一定容积下的变化的度量尺度。由于固体和液体的比容都比较小，所以除非压力特别高，施加的压力所做的功都可以忽略。因此，如果焓仅由内能来组成，那么定容和定压比热可以认为是相等的。因此，对固体和液体来说 CpCv。另一
