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 (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/m。
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：
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？
1
2
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“ρ”，单位为kg/m。
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 ) （1—6） 式中 F——作用力，N； S——位移，m。
单位换算： 1J＝1N·m，
1kJ＝2.778×10kW·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） (1—8) 式中 m——物体质量，kg； c——物体速度，m／s。
2
-4
3
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·℃)。
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。
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？
3
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—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＝p2ν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）
30．什么是热力学第一定律，它的表达式是怎样的？
热可以变为功，功可以变为热，一定量的热消失时，必产生一定量的功，消耗一定量的功时，必出现与之对应的一定量的热。 热力学第一定律的表达式如下：
Q＝Aω （1—15）
式中A在工程单位制中A＝1／427 kcal／（kgf·m）在国际单位制中，工程热量均用焦耳（J）为单位，则A＝1即Q＝ω。 附图闭口系统内（不考虑工质的进出），外界给系统输入的能量是加入的热量q，系统向外界输出的能量为功W，系统内工质
本身所具有的能量只是内能μ，根据能量转换与守恒定律可知，
输入系统的能量－输出系统的能量＝系统内工质本身能量的增量，即当工质为1kg时： q－ω＝Δμ 当工质为m公斤时则：
Q－W＝ΔU （1—16）
上两式中 q，Q——外界加给工质的热量，J／kg，J； Δμ，ΔU——工质内能的变化量，J／kg，J； ω，W——工质所做的功，J／kg，J。
31．热力学第一定律的实质是什么？它说明什么问题？
4
2
（1—11）
热力学第一定律的实质是能量守恒与转换定律在热力学上的一种特定应用形式。它说明了热能与机械能互相转换的可能性及其数值关系。
32．什么是不可逆过程？
存在摩擦，涡流等能量损失使过程只能单方向进行，不可逆转的过程叫做不可逆过程。实际的过程都是不可逆过程。
33．什么叫等容过程？等容过程中吸收的热量和所做的功如何计算？
容积（或比容）保持不变的情况下进行的过程叫等容过程。由理想气体状态方程pν＝R T得p／T＝R／ν＝常数，即等容过程中压力与温度成正比。因Δν＝0，所以容积变化功ω＝0，则q＝Δμ＋ω＝Δμ＝μ2－μ1，也即等容过程中，所有加入的热量全部用于增加气体的内能。
34．什么叫等温过程？等温过程中工质吸收的热量如何计算？
温度不变的情况下进行的热力过程叫做等温过程。由理想气体状态方程pν＝R T对一定的工质则pν＝RT＝常数，即等温过程中压力与比容成反比。
其吸收热量：
q＝Δμ＋ω （1—17） q＝T(S2－S1)。 （1—18）
35．什么叫等压过程？等压过程的功及热量如何计算？
工质的压力保持不变的过程称为等压过程，如锅炉中水的汽化过程 ，乏汽在凝汽器中的凝结过程，空气预热器中空气的吸热过程都是压力不变时进行的过程。
由理想气体状态方程pν＝R T得T／ν＝p／R＝常数，即等压过程中温度与比体积成正比。 等压过程做的功：
ω＝p（ν2－ν1） （1—19） 等压过程工质吸收的热量：
q＝Δμ＋ω＝（μ2－μ1）＋p（ν2－ν1）
＝（μ2＋p2ν2）－（μ1＋p1ν）＝h2－h1 （1—20）
36．什么叫绝热过程？绝热过程的功和内能如何计算？
在与外界没有热量交换情况下所进行的过程称为绝热过程。如汽轮机为了减少散热损失，汽缸外侧包有绝热材料，而工质所
进行的膨胀过程极快，在极短时间内来不及散热，其热量损失很小，可忽略不计，故常把工质在这些热机中的过程作为绝热过程处理。
因绝热过程
q＝0，则 q＝Δμ＋ω （1—21） ω＝-Δμ （1—22） 即绝热过程中膨胀功来自内能的减少，而压缩功使内能增加。
ω＝[1／（k－1）]（p1ν1－p2ν2） （1—23）
k为绝热指数，与工质的原子个数有关。单原子气体k＝1.67，双原子气体k＝1.4,三原子气体k＝1.28。
37．什么叫等熵过程？
熵不变的热力过程称为等熵过程。可逆的绝热过程，即没有能量损失的绝热过程为等熵过程。在有能量损耗的不可逆过程中，
虽然外界没有加入热量，但工质要吸收由于摩擦、扰动等损耗而转变成的热量，这部分热量使工质的熵是增加的，这时绝热过程不为等熵过程。汽轮机工质膨胀过程是个不可逆的绝热过程。
38．简述热力学第二定律。
热力学第二定律说明了能量传递和转化的方向、条件、程度。它有两种叙述方法： ①从能量传递角度来讲：热不可以能自发地不付代价地，从低温物体传至高温物体。
②从能量转换角度来讲：不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化成为功而不留下任何其它变化的热力发动机。
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汽轮机基础知识技术问答
