汽轮机技术问答 基础知识 1.什么叫工质?火力发电厂采用什么作为工质? 工质是热机中热能转变为机械能的一种媒介物质(如燃气、蒸汽等), 依靠它在热机中的状态变化(如膨胀)才能获得功。 为了在工质膨胀中获得较多的功,工质应具有良好的膨胀性。在热机 的不断工作中,为了方便工质流入与排出,还要求工质具有良好的流动性。 因此,在物质的固、液、气三态中,气态物质是较为理想的工质。目前火 力发电厂主要以水蒸气作为工质 2.何谓工质的状态参数?常用的状态参数有几个?基本状态参数有几 个? 描述工质状态特性的物理量称为状态参薮。常用的工质状态参数有温 度、压力、比容、焓、熵、内能等,基本状态参数有温度、压力、比容。 3.什么叫温度、温标?常用的温标形式有哪几种? 温度是衡量物体冷热程度的物理量。对温度高低量度的标尺称为温标。 常用的有摄氏温标和绝对温标。 (1)摄氏温标。规定在标准大气压下纯水的冰点为0℃,沸点为100℃, 在0℃与100℃之间分成100个格,每格为1℃,这种温标为摄氏温标,用℃ 表示单位符号,用t作为物理量符号。 (2)绝对温标。规定水的三相点(水的固、液、汽三相平衡的状态点)
1 汽轮机技术问答 一、 基础知识 1．什么叫工质？火力发电厂采用什么作为工质？ 工质是热机中热能转变为机械能的一种媒介物质（如燃气、蒸汽等）， 依靠它在热机中的状态变化（如膨胀）才能获得功。 为了在工质膨胀中获得较多的功，工质应具有良好的膨胀性。在热机 的不断工作中，为了方便工质流入与排出，还要求工质具有良好的流动性。 因此，在物质的固、液、气三态中，气态物质是较为理想的工质。目前火 力发电厂主要以水蒸气作为工质。 2．何谓工质的状态参数？常用的状态参数有几个？基本状态参数有几 个？ 描述工质状态特性的物理量称为状态参数。常用的工质状态参数有温 度、压力、比容、焓、熵、内能等，基本状态参数有温度、压力、比容。 3．什么叫温度、温标？常用的温标形式有哪几种？ 温度是衡量物体冷热程度的物理量。对温度高低量度的标尺称为温标。 常用的有摄氏温标和绝对温标。 ⑴摄氏温标。规定在标准大气压下纯水的冰点为 0℃，沸点为 100℃， 在 0℃与 100℃之间分成 100 个格，每格为 1℃，这种温标为摄氏温标，用℃ 表示单位符号，用 t 作为物理量符号。 ⑵绝对温标。规定水的三相点（水的固、液、汽三相平衡的状态点）
的温度为273.15K。绝对温标与摄氏温标的每刻度的大小是相等的,但绝对 温标的0K,则是摄氏温标的-273.15℃。绝对温标用K作为单位符号,用 T作为物理量符号。摄氏温标与绝对温标的关系为t=T-273.15℃ 4.什么叫压力?压力的单位有几种表示方法? 单位面积上所受到的垂直作用力称为压力。用符号“p”表示,即 P=F/A 式中F—一垂直作用于器壁上的合力,N; A——承受作用力的面积m 压力的单位有: (1)国际单位制中表示压力采用Nm2,名称为帕斯卡],符号是Pa 1Pa=1N/m2,在电力工业中,机组参数多采用MPa(兆帕),MPa=10N/m2 (2以液柱高度表示压力的单位有:毫米水柱(mmH2O)、毫米汞柱 (mmHg), I mmHg=133N/m2, I mmH20=9.81N/m (3)工程大气压的单位为 kgf/cm2,常用at作代表符号,1at=980665N/m2, 物理大气压的数值为10332kgfm2,符号是atm,1atm=1.013×105N/m2。 5.什么叫绝对压力、表压力? 容器内工质本身的实际压力称为绝对压力,用符号p表示。工质的绝 对压力与大气压力的差值为表压力,用符号p。表示。因此,表压力就是我 们用表计测量所得的压力,大气压力用符号pm表示
2 的温度为 273.15K。绝对温标与摄氏温标的每刻度的大小是相等的，但绝对 温标的 0K，则是摄氏温标的－273.15℃。绝对温标用 K 作为单位符号，用 T 作为物理量符号。摄氏温标与绝对温标的关系为 t＝T－273.15℃。 4．什么叫压力？压力的单位有几种表示方法？ 单位面积上所受到的垂直作用力称为压力。用符号“p”表示，即 p=F／A (1 —1) 式中 F——垂直作用于器壁上的合力，N； A——承受作用力的面积 m2。 压力的单位有： ⑴国际单位制中表示压力采用 N/m2，名称为[帕斯卡]，符号是 Pa。 1Pa=1N/m2，在电力工业中，机组参数多采用 MPa（兆帕），1MPa=106N/m2。 ⑵以液柱高度表示压力的单位有：毫米水柱（mmH2O）、毫米汞柱 （mmHg），1 mmHg=133 N/m2，1 mmH2O=9.81 N/m2。 ⑶工程大气压的单位为 kgf/cm2，常用at 作代表符号，1at=98066.5 N/m2， 物理大气压的数值为 1.0332 kgf/cm2，符号是 atm，1 atm=1.013×10⒌N/m2。 5．什么叫绝对压力、表压力？ 容器内工质本身的实际压力称为绝对压力，用符号 p 表示。工质的绝 对压力与大气压力的差值为表压力，用符号 pg 表示。因此，表压力就是我 们用表计测量所得的压力，大气压力用符号 patm 表示
绝对压力与表压力之间的关系为: p=p+pam或pg=pa-p (1-2) 6.什么叫真空和真空度? 当容器中的压力低于大气压力时,把低于大气压力的部分叫真空。用 符号“p”表示。其关系式为 pv 发电厂有时用百分数表示真空值的大小,称为真空度。真空度是真空 值和大气压力比值的百分数,即: 真空度=p、/pam×100% 完全真空时真空度为100%,若工质的绝对压力与大气压力相等时,真 空度为零。 例如:凝汽器水银真空表的读数为7100mmHg,大气压力计读数为750 mmHg,求凝汽器内的绝对压力和真空度各为多少? 根据pa=(pam-p)/7356=(750-710)/7356=0054at=0.005MPa 真空度=p、/pmb×100%=710/750×100%=946% 7.什么叫比容和密度?它们之间有什么关系? 单位质量的物质所占有的容积称为比容。用小写的字母v表示,即: V/m m3/kg (1-5) 式中m-—物质的质量。kg V——物质所占有的容积,m3
3 绝对压力与表压力之间的关系为： pa＝pg＋p atm 或 pg＝p a－p atm （1—2） 6．什么叫真空和真空度？ 当容器中的压力低于大气压力时，把低于大气压力的部分叫真空。用 符号“pv”表示。其关系式为： pv＝patm－pa (1—3) 发电厂有时用百分数表示真空值的大小，称为真空度。真空度是真空 值和大气压力比值的百分数，即： 真空度＝pv / patm×100% (1—4) 完全真空时真空度为 100%，若工质的绝对压力与大气压力相等时，真 空度为零。 例如：凝汽器水银真空表的读数为 7100mmHg，大气压力计读数为 750 mmHg，求凝汽器内的绝对压力和真空度各为多少？ 根据 pa＝(patm－pv) / 735.6＝(750－710)／735.6＝0.054at＝0.0051MPa 真空度＝pv／pamb×100%＝710／750×100%＝94.6% 7．什么叫比容和密度？它们之间有什么关系？ 单位质量的物质所占有的容积称为比容。用小写的字母ν表示，即： ν＝V／m m3 /kg （1—5） 式中 m——物质的质量。 kg； V——物质所占有的容积， m3
比容的倒数,即单位容积的物质所具有的质量,称为密度,用符号“p” 单位为kgm3 比容与密度的关系为ρυ=1,显然比容和密度互倒数,即比容和密度 不是相互独立的两个参数,而是同一个参数的两种不同的表示方法。 8.什么叫平衡状态? 在无外界影响的条件下,气体的状态不随时间而变化的状态叫做平衡 状态。只有当工质的状态是平衡状态时,才能用确定的状态参数值去描述。 只有当工质内部及工质与外界间,达到热的平衡(无温差存在)及力的平 衡(无压差存在)时,才能出现平衡状态 9.什么叫标准状态? 绝对压力为1.01325×10a(1个标准大气压),温度为0℃(273.15)时 的状态称为标准状态。 10.什么叫参数坐标图? 以状态参数为直角坐标表示工质状态及其变化的图称参数坐标图。参 数坐标图上的点表示工质的平衡状态,由许多点相连而组成的线表示工质 的热力过程。如果工质在热力过程中所经过的每一个状态都是平衡状态, 则此热力过程为平衡过程,只有平衡状态及平衡过程才能用参数坐标图上 的点及线来表示
4 比容的倒数，即单位容积的物质所具有的质量，称为密度，用符号“ρ”， 单位为 kg/m3。 比容与密度的关系为ρυ＝1，显然比容和密度互倒数，即比容和密度 不是相互独立的两个参数，而是同一个参数的两种不同的表示方法。 8．什么叫平衡状态？ 在无外界影响的条件下，气体的状态不随时间而变化的状态叫做平衡 状态。只有当工质的状态是平衡状态时，才能用确定的状态参数值去描述。 只有当工质内部及工质与外界间，达到热的平衡（无温差存在）及力的平 衡（无压差存在）时，才能出现平衡状态。 9．什么叫标准状态？ 绝对压力为 1.01325×105Pa（1 个标准大气压），温度为 0℃(273.15)时 的状态称为标准状态。 10．什么叫参数坐标图？ 以状态参数为直角坐标表示工质状态及其变化的图称参数坐标图。参 数坐标图上的点表示工质的平衡状态，由许多点相连而组成的线表示工质 的热力过程。如果工质在热力过程中所经过的每一个状态都是平衡状态， 则此热力过程为平衡过程，只有平衡状态及平衡过程才能用参数坐标图上 的点及线来表示
11.什么叫功?其单位是什么? 功是力所作用的物体在力的方向上的位移与作用力的乘积。功的大小 根据物体在力的作用下,沿力的作用方向移动的位移来决定,改变它的位 移,就改变了功的大小,可见功不是状态参数,而是与过程有关的一个量。 功的计算式为: W=FS (J) 式中F—一作用力,N; S—一位移,m 单位换算 lJ=1N·m, lkJ=2.778×104kW·h 12.什么叫功率?其单位是什么? 功率的定义是功与完成功所用的时间之比,也就是单位时间内所做的 功。即 P=W/tw) 式中W—一功,J; t一做功的时间,s。 功率的单位就是瓦特,1瓦特=1焦耳/秒 13.什么叫能? 物质做功的能力称为能。能的形式一般有:动能、位能、光能、电能 热能等。热力学中应用的有动能、位能和热能等
5 11．什么叫功？其单位是什么？ 功是力所作用的物体在力的方向上的位移与作用力的乘积。功的大小 根据物体在力的作用下，沿力的作用方向移动的位移来决定，改变它的位 移，就改变了功的大小，可见功不是状态参数，而是与过程有关的一个量。 功的计算式为： W＝FS ( J ) （1—6） 式中 F——作用力，N； S——位移，m。 单位换算： 1J＝1N·m， 1kJ＝2.778×10-4kW·h 12．什么叫功率？其单位是什么？ 功率的定义是功与完成功所用的时间之比，也就是单位时间内所做的 功。即： P＝W／t （ W ） (1—7) 式中 W——功，J； t——做功的时间，s。 功率的单位就是瓦特，1 瓦特＝1 焦耳／秒。 13．什么叫能？ 物质做功的能力称为能。能的形式一般有：动能、位能、光能、电能、 热能等。热力学中应用的有动能、位能和热能等
14.什么叫动能?物体的动能与什么有关? 物体因为运动而具有做功的本领叫动能。动能与物体的质量和运动的 速度有关。速度越大,动能就越大;质量越大,动能也越大 动能按下式计算: Ek==1/2mc2 (kJ) 式中m-—物体质量,kg; 物体速度,m/s 动能与物体的质量成正比,与其速度的平方成正比 15.什么叫位能? 由于相互作用,物体之间的相互位置决定的能称为位能 物体所处高度位置不同,受地球的吸引力不同而具有的能,称为重力 位能。重力位能由物质的重量(G)和它离地面的高度(h)而定。高度越 大,重力位能越大;重力物体越重,位能越大。重力位能Ep=Gh 16.什么叫热能?它与什么因素有关? 物体内部大量分子不规则的运动称为热运动。这种热运动所具有的能 量叫热能,它是物体的内能。 热能与物体的温度有关,温度越高,分子运动的速度越快,具有的热 能就越大
6 14．什么叫动能？物体的动能与什么有关？ 物体因为运动而具有做功的本领叫动能。动能与物体的质量和运动的 速度有关。速度越大，动能就越大；质量越大，动能也越大。 动能按下式计算： Ek＝1/2mc2 （kJ） (1—8) 式中 m——物体质量，kg； c——物体速度，m／s。 动能与物体的质量成正比，与其速度的平方成正比。 15．什么叫位能？ 由于相互作用，物体之间的相互位置决定的能称为位能。 物体所处高度位置不同，受地球的吸引力不同而具有的能，称为重力 位能。重力位能由物质的重量（G）和它离地面的高度（h）而定。高度越 大，重力位能越大；重力物体越重，位能越大。重力位能 E p＝Gh。 16．什么叫热能？它与什么因素有关？ 物体内部大量分子不规则的运动称为热运动。这种热运动所具有的能 量叫热能，它是物体的内能。 热能与物体的温度有关，温度越高，分子运动的速度越快，具有的热 能就越大
17.什么叫热量?其单位是什么? 高温物体把一部分热能传递给低温物体,其能量的传递多少用热量来 度量。因此物体吸收或放出的热能称为热量。热量的传递多少和热力过程 有关,只有在能量传递的热力过程中才有功和热量的存在,没有能量传递 的热力状态是根本不存在什么热量的,所以热量不是状态参数。 18.什么叫机械能? 物质有规律的运动称为机械运动。机械运动一般表现为宏观运动。物 质机械运动所具有的能量叫机械能。 19.什么叫热机? 把热能转变为机械能的设备称为热机。如汽轮机、内燃机、蒸汽机、 燃轮气机等 20.什么叫比热容?影响比热容的主要因素有哪些? 单位数量(质量或容积)的物质温度升高(或降低)1℃所吸收(或放 出)的热量,称为气体的单位热容量,简称为气体的比热容。比热容表示 单体数量的物质容纳或贮存热量的能力。物质的质量比热容符号为c,单体 为kJ/(kg·℃C)。 影响比热容的主要因素有温度和加热条件,一般说来,随着温度的升 高,物质比热容的数值也增大;定压加热的比热容大于定容加热的比热容。 此外,还有分子中原子数目、物质性质、气体的压力等因素也会对比热容
7 17．什么叫热量？其单位是什么？ 高温物体把一部分热能传递给低温物体，其能量的传递多少用热量来 度量。因此物体吸收或放出的热能称为热量。热量的传递多少和热力过程 有关，只有在能量传递的热力过程中才有功和热量的存在，没有能量传递 的热力状态是根本不存在什么热量的，所以热量不是状态参数。 18．什么叫机械能？ 物质有规律的运动称为机械运动。机械运动一般表现为宏观运动。物 质机械运动所具有的能量叫机械能。 19．什么叫热机？ 把热能转变为机械能的设备称为热机。如汽轮机、内燃机、蒸汽机、 燃轮气机等。 20．什么叫比热容？影响比热容的主要因素有哪些？ 单位数量（质量或容积）的物质温度升高（或降低）1℃所吸收（或放 出）的热量，称为气体的单位热容量，简称为气体的比热容。比热容表示 单体数量的物质容纳或贮存热量的能力。物质的质量比热容符号为 c，单体 为 kJ／(kg·℃)。 影响比热容的主要因素有温度和加热条件，一般说来，随着温度的升 高，物质比热容的数值也增大；定压加热的比热容大于定容加热的比热容。 此外，还有分子中原子数目、物质性质、气体的压力等因素也会对比热容
产生影响。 21.什么叫热容量?它与比热有何不同? 热容Q=mc,热容的大小等于物体质量与比热的乘积,热容与质量有 关,比热容与质量无关,对于相同质量的物体,比热容大的热容大,对于 同一物质,质量大的热容大。 22.如何用定值比热容计算热量? 在低温范围内,可近似认为比热值不随温度的变化而改变,即比热容 为某一常数,此时热量的计算式为: q=c(t2-t1) kJ /kg (1-9) 23.什么叫内以能? 气体内部分子运动所形成的内动能和由于分子相互之间的吸引力所形 成的内位能的总和称为内能。 u表示1kg气体的内能,U表示mkg气体的内能。 U=mμ (1-10) 24.什么叫内动能?什么叫内位能?它们由何决定? 气体内部分子热运动的动能叫内动以能,它包括分子的移动动能,分 子的转动动能和分子内部的振动动能等。从热运动的本质来看,气体温度
8 产生影响。 21．什么叫热容量？它与比热有何不同？ 热容 Q＝mc，热容的大小等于物体质量与比热的乘积，热容与质量有 关，比热容与质量无关，对于相同质量的物体，比热容大的热容大，对于 同一物质，质量大的热容大。 22．如何用定值比热容计算热量？ 在低温范围内，可近似认为比热值不随温度的变化而改变，即比热容 为某一常数，此时热量的计算式为： q＝c(t2－t1) kJ／kg (1—9) 23．什么叫内以能？ 气体内部分子运动所形成的内动能和由于分子相互之间的吸引力所形 成的内位能的总和称为内能。 μ表示 1kg 气体的内能，U 表示 mkg 气体的内能。 即： U＝mμ （1—10） 24．什么叫内动能？什么叫内位能？它们由何决定？ 气体内部分子热运动的动能叫内动以能，它包括分子的移动动能，分 子的转动动能和分子内部的振动动能等。从热运动的本质来看，气体温度
越高,分子的热运动越激烈,所以内动能决定于气体的温度。气体内部分 子克服相互间存在的吸引力具有备用的位能,称为内位能,它气体的比容 有关。 25.什么叫焓? 在某一状态下单位质量工质比容为v,所受压力为p,为反抗此压力, 该工质必须具备pv的压力位能。单位质量工质内能和压力位能之和称为比 焓 26.什么叫熵? 在没有摩擦的平衡过程中,单位质量的工质吸收的热量dq与工质吸热 时的绝对温度T的比值叫熵的增加量。其表达式: △S=dq/T 其中△S=S2-S是熵的变化量,熵的单位是(kJ/kg·k), 若某过程中气体的熵增加,即ΔS>0,则表示气体是吸热过程。 若某过程中气体的熵减少,即ΔS<0,则表示气体是放热过程 若某过程中气体的熵不变,即△S=0,则表示气体是绝热过程 27.什么叫理想气体?什么叫实际气体? 气体分子间不存在引力,分子本身不占有体积的气体叫理想气体。反 之,气体分子间存在着引力,分子本身占有体积的气体叫实际气体
9 越高，分子的热运动越激烈，所以内动能决定于气体的温度。气体内部分 子克服相互间存在的吸引力具有备用的位能，称为内位能，它气体的比容 有关。 25．什么叫焓？ 在某一状态下单位质量工质比容为ν，所受压力为 p，为反抗此压力， 该工质必须具备 pv 的压力位能。单位质量工质内能和压力位能之和称为比 焓。 26．什么叫熵？ 在没有摩擦的平衡过程中，单位质量的工质吸收的热量 dq 与工质吸热 时的绝对温度 T 的比值叫熵的增加量。其表达式： ΔS＝dq／T。 其中ΔS＝S2－S1是熵的变化量，熵的单位是（kJ/kg·k）， 若某过程中气体的熵增加，即ΔS＞0，则表示气体是吸热过程。 若某过程中气体的熵减少，即ΔS＜0，则表示气体是放热过程。 若某过程中气体的熵不变，即ΔS＝0，则表示气体是绝热过程。 27．什么叫理想气体？什么叫实际气体？ 气体分子间不存在引力，分子本身不占有体积的气体叫理想气体。反 之，气体分子间存在着引力，分子本身占有体积的气体叫实际气体
28.火电厂中什么气体可看作理想气体?什么气体可看作实际气体? 在火力发电厂中,空气、燃气、烟气可以作为理想气体看待,因为它 们远离液态,与理想气体的性质很接近。 在蒸汽动力设备中,作为工质的水蒸汽,因其压力高,比容小,即气 体分子间的距离比较小,分子间的吸引力也相当大。离液态接近,所以水 蒸汽应作为实际气体看待 29.理想气体的基本定律有哪些?其内容是什么? 理想气体的三个基本定律是:(1)波义耳一马略特定律;(2)査理定 律;(3)盖吕萨克定律。其具体内容: (1)波义耳一马略特定律:当气体温度不变时,压力与比容成反比变 化。用公式表示 p p2 气体质量为m时: p2V1=p2V2(其中V=mv)。 (1-12) (2)查理定律:气体比容不变时,压力与温度成正比变化。用公式表 示为 p2/T1=p2/T2 (3)盖吕萨克定律:气体压力不变时,比容与温度成正比变化,对于 质量为m的气体,压力不变时,体积与温度成正比变化。用公式表示: v/T=V2/t2 o v,/t=v2/t2 (1—14)
10 28．火电厂中什么气体可看作理想气体？什么气体可看作实际气体？ 在火力发电厂中，空气、燃气、烟气可以作为理想气体看待，因为它 们远离液态，与理想气体的性质很接近。 在蒸汽动力设备中，作为工质的水蒸汽，因其压力高，比容小，即气 体分子间的距离比较小，分子间的吸引力也相当大。离液态接近，所以水 蒸汽应作为实际气体看待。 29．理想气体的基本定律有哪些？其内容是什么？ 理想气体的三个基本定律是：（1）波义耳—马略特定律；（2）查理定 律；（3）盖吕萨克定律。其具体内容： （1）波义耳—马略特定律：当气体温度不变时，压力与比容成反比变 化。用公式表示： p1ν1＝p2ν2 （1—11） 气体质量为 m 时： p1V1＝p2V2（其中 V＝mν）。 （1—12） （2）查理定律：气体比容不变时，压力与温度成正比变化。用公式表 示为： p1／T1＝p2／T2 （1—13） （3）盖吕萨克定律：气体压力不变时，比容与温度成正比变化，对于 质量为 m 的气体，压力不变时，体积与温度成正比变化。用公式表示： ν1／Τ1＝ν2／Τ2 或 V1／T1＝V2／T2 （1—14）
