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1、节能基础知识热工知识能源科学是一门综合性的技术科学，涉及各个学科领域，就节能而言，包括的范围也很广，但最基本、最重要的是热工学、燃烧学、电工学、流体力学等。热工知识主要包括两大内容：工程热力学和传热学。工程热力学的主要内容是研究能量和工质的有关规律，从工程的观点出发，研究工质的热力性质、热能利用、热能转换等知识的一个学科。传热学是研究热量在传递过程中的有关规律。从事能源管理与节能的工作，特别是在能源审计、能量平衡工作中更是离不开工程热力学和传热学知识的，它们是从事热能工作的基础。一、工程热力学（一）基本概念热力学第一定律与热力学第二定律：工质从一个状态连续变化到另一个状态称为热力过程，亦可称为
2、状态变化过程。热能在转换与传递过程中，必须遵守一定的规律，这就是热力学第一定律和第二定律。人们在生活与生产的实践中，在一定条件下各种形式的能量可以相互转化。如燃烧煤块产生热量 化学能变为热能；通过发电机使机械能变为电能。能量在转化过程中，既不能创造也不能消灭，它们的总量始终保持不变，这就是能量守恒与转化定律。它指出，各种形式的能是可以相互转化而其总量保持不变，将能量守恒与转换定律应用于热力学中，则称为热力学第一定律，它同时说明热能与机械能互相转换时总量是守恒的。能量传递要是靠做功和热传递两种形式，当热量和功量利用的能源单位不同时就会出现转换系数。这个转换系数为热功当量。它表示单位热量完全转化为
3、功时相当的功量。热功转换公式如下：!本文由南通微能节能编辑1微能节能您的节能专家! ! “#式中：! 热量；“ 热功当量；# 功量。如热的单位为卡（“#$） ，功的单位为焦耳（%） ，则：；“9*2; 的热量就是使 “9$ 水温度升高 “8所需要的热能。（三）水蒸气在工业中，水蒸气是由蒸气锅炉产生的。如果我们对锅炉内的水不断加热，温度不!本文由南通微能节能编辑3微能节能您的节能专家断升高，但当温度升到某一数值斜 !时，如继续加热，水便开始汽化，直到汽化完毕，在汽化过程中，尽管不断加热，但温度并不升高，始终保持为 !不变。这个温度称为饱和温度，具有这一温度的水及蒸气分别称为饱和水及蒸气；如对饱和
4、蒸气进行再加热，则变成了过热蒸气。（四）湿空气湿空气是由空气和水蒸气所组成，湿空气的压力 “ 是干空气的分压力“干和水蒸气分压力 “蒸之和。绝对湿度是指每 “#湿空气中所含水蒸气重量，绝对湿度的值在数量上正好等于湿空气中水蒸气在分压力 “蒸下的重度!蒸，一般情况下，湿空气中水蒸气含量未达到最大值，此时的湿空气称为未饱和蒸气；如增加水蒸气含量，并使水蒸气含量达到最大值，此时的湿空气称为饱和蒸气。相对湿度山为：!$!蒸 !饱% &( $“蒸 “饱% &(湿空气的相对湿度“可以用干湿球温度计来测定。二、传热学热量总是自发地由高温物体传向低温物体，传热的方式有传导、对流和辐射三种，热交换是一个复杂的过
5、程。（一）热传导&) 热传导是指直接接触的两物体或同一物体内部相邻部分间所发生的热传递现象。如一块平板，其两边温度分别为 !&及 !*，!&+ !*，平板面积为 #“*，厚度为#“，在单位时间内热量 $ 传递与两面的温差$!&, !*，平板的面积 # 成正比，而和厚度#成反比（见图 & , &） ，公式可表示为：% $%$!# #（-./012）式中：% 为导热系数，单位为 -./01（“ 2 3） 。不同的材料，其导热系数是不同的。影响导热系数的因素很多，工程上导热系数是通过实验来测定的，表 & , * 为常用材料的导热系数。当#4 )*-./01（“ 2 3）时，该材料可用于保温（绝热）
6、，也称为绝热材料。*) 热阻：& $#%，在一定的温差$! 下，热阻越大，单位时间内通过单位面积的热量就越小；反之，热阻越小，单位时间内通过单位面积的热量就越大。锅炉钢管的热交换可以用上述公式近似地计算。!本文由南通微能节能编辑4微能节能您的节能专家图 ! “ !平板传热示意表 ! “ #! !常用材料导热系数表名称!$%&(（) * +） 名称!$%&(（) * +! !） 钢,-（#.+时）空气./.#,（#.+! !时）红砖./0水垢! !./1 2 #石棉纤维./.-1（1.+时）烟灰! !./.1 2 ./!水./13（3.+）液体! !./.3 2 ./4绝热材料./.# 2 ./
7、#气体./.1 2 ./1例 ! “ ! ：锅炉钢管的壁厚“为 ,/1)，导热系数!为 ,-，其热阻为：!钢5./.,1 ,-5 3/- 6 !.“ 1（)# * + ($%&）如钢管内结有厚 #/1) 的水垢（水垢的导热系数为 !） ，水垢的热阻为：!垢5./.#1 !5 #/1 6 !.“ ,（)# * + ($%&）又如钢管外烟灰结有厚 !)（烟灰的导热系数为 ./.7） ，烟灰的热阻为：!灰5./.! ./.75 !/0 6 !.“ #（)# * + ($%&）以上计算，可以明显看出烟灰、水垢的热阻比钢管本身的热阻大得多，为了提高锅炉的经济性及安全性，必须尽量减少积灰和水垢的厚度。（二
8、）对流放热对流放热是指流动着的流体与其相接触的固体壁间所产生的热交换现象。锅炉中烟气、水及蒸气、管壁之间热交换过程都属于对流放热。对流放热的计算公式：“本文由南通微能节能编辑5微能节能您的节能专家! !“#（“#$%&）式中：! 放热系数（“#$%&() *） 。流体与壁面之间的温差越大，放热量越大；壁面面积越大，放热量越大。影响对流放热的主要因素有：+, 与流体的性质有关，如水的放热系数就比气体（烟气、空气）的放热系数大得多。), 在相同的条件下，流体的流速越大，放热系数就越大。-, 凡是受热面的几何形状和位置能使流体扰动越激烈的冲刷方式，放热系数就越大。., 管径越小，放热越强。（三）辐射
9、换热任何物体的温度只要大于绝对零度，它就能四面八方“直线”地发射能量，这种能叫辐射能，辐射能落到另一物体上被吸收后又变成热能。具有不同的温度的两个或两个以上物体间相互进行的辐射和吸收所引起的换热现象叫做辐射换热（见图 + / )） 。落到某一物体上的能量 !，并不能全部被该物体吸收，其中一部分 !反射被反射出去，另一部分 !穿透穿透过物体，另一部分 !吸收才被物体吸收。图 + / )辐射换热! ! !反射0 !吸收0 1 穿透大部分工程材料 !穿透! 1；2 !吸收 3。式中：$ 吸收率，表示物体吸收能量的本领。% !反射 !式中：% 反射率，表示物体反射能量的本领。如果物体能将外界给它的能量
10、全部吸收，即 $ ! +，% ! 1，该物体叫做绝对黑体。!本文由南通微能节能编辑6微能节能您的节能专家（四）传热热量从热流体经过壁面传递给冷流体，这种过程称为传热过程。对单层平壁传热可通过热阻来计算，在单层平壁传热过程中有三个热阻（见图 ! “!） ，传热的总热阻 ! 为：! #! !$“#$! !%当 “ #! !#! ! !$“#$! !% 式中：! 热流体向壁面的放热系数，&()*（+% , -） ；!% 壁面向冷流体的放热系数，&()*（+% , -） ；# 壁面的传热系系，&()*（+% , -） ；“ 壁面的厚度，+。式中：. 为传热系数，单位为 &()*（+% , -） ，表示
11、当壁面两侧流体温差为 !-，每小时内通过每 +%的壁面所传递的热量。. 值越大，传过的热量则越多。# # “ （$%!“ $%） &（&()*,）传热系数 . 中包括热流体与壁面的放热系数；平壁的导热系数及壁厚；冷流体与壁面的放热系数，因此要增加传热系数 /，必须减小上述三种传热的热阻。同样根据热阻叠加原理，就可算出多层平壁的传热量。例如：用锅炉筒壁来研究影响传热的因素，在温差$ # $%!“ $%，换热面积 & 一定的情况下，传热量的大小取决于传热系数 .。传热热阻有：外壁烟气侧放热热阻，积灰层导热热阻，金属壁导热热阻，水垢层导热热阻，内壁水侧放热热阻，因此传热系数 “为：“ #! ! !烟
12、$“灰 #灰$“钢 #钢$! !水式中：!烟可取 01&()*（+% , -） ；!水可取 2111&()*（+%, -） ；“灰为 !32+；#灰为 1314&()*（+% , -） ；“钢为 !5+；#钢为 67&()*（+%, -） ；“垢为 %+；#垢为132&()*（+% , -） 。则各局部热阻值可计算为：烟气侧放热热阻：! !烟#! 01# 131!04积灰层导热热阻：“灰 #灰#1311!2 1314# 131%!5!本文由南通微能节能编辑7微能节能您的节能专家钢管壁导热热阻：!钢 “钢!“#“$% &! “#“&()水垢层导热热阻：!垢 “垢!“#“* “#(! “#“%水侧放热热阻：$ #$!$ (“! “#“*从上式中反映对传热系数发生重大影响的是积灰层、烟气侧及水垢层的放热情况，它们的局部热阻最大，而钢管管壁及水侧的热阻很小，故它们的放热对传热影响较小。! !$ $ #烟+!灰 “灰+!钢 “钢+$ #水!$ “#“$,- + “#“*$% + “#“&() + “#“% + “#“*! *&#%./012（3* 4 5） !8微能节能您的节能专家
