热工基础知识.ppt

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1、第四章 热工基础知识姓名：于少杰姓名：于少杰单位：临沂市节能监察支队单位：临沂市节能监察支队电话：电话：0539-8115273 13969940927邮箱：邮箱：公邮公邮:密码密码:05398314454n第一节第一节 工程热力学工程热力学n第二节第二节 传热学传热学n第三节第三节 流体力学流体力学n第四节第四节 热工测量技术热工测量技术第一节第一节 工程热力学工程热力学第一节第一节 知识结构知识结构一、热力学第一定律一、热力学第一定律二、理想气体性质及热力过程二、理想气体性质及热力过程三、热力学第二定律三、热力学第二定律四、水蒸气四、水蒸气五、气体和蒸汽流动五、气体和蒸汽流动六、气体和蒸汽

2、动力循环六、气体和蒸汽动力循环七、湿空气七、湿空气基本概念基本概念n n工质：生产过程中工作物质的简称。工质：生产过程中工作物质的简称。n n热源：工质从中吸收热能的物体或系统。热源：工质从中吸收热能的物体或系统。n n冷源：接受工质排出热能的物体。冷源：接受工质排出热能的物体。n n状态参数：描述系统状态的物理量。常用参状态参数：描述系统状态的物理量。常用参数：压力数：压力p p、温度温度T T、比体积、比体积v v、热力学能、热力学能U U、焓焓H H和熵和熵S S 。n n平衡状态：热力系统不受外界影响，始终保平衡状态：热力系统不受外界影响，始终保持不变。持不变。基本概念基本概念n n热

3、力过程：系统从一个状态变化到另一个状热力过程：系统从一个状态变化到另一个状态经历的全部状态的总和。态经历的全部状态的总和。n n准平衡过程：平衡被破坏后能迅速达到新的准平衡过程：平衡被破坏后能迅速达到新的平衡，工质偏离平衡状态极小。平衡，工质偏离平衡状态极小。n n可逆过程：可逆过程：逆向沿原过程回到初态，相关外界回到原态逆向沿原过程回到初态，相关外界回到原态 不给外界留下任何影响。不给外界留下任何影响。基本概念基本概念n n正向循环正向循环：高温热源吸热高温热源吸热q q1 1，向低温热源放，向低温热源放热热q q2 2，部分热量转换为功。效率，部分热量转换为功。效率=w/q=w/q1 1n

4、 n逆向循环逆向循环：向高温热源放热，从低温热源吸向高温热源放热，从低温热源吸热，同时消耗外界的功。热，同时消耗外界的功。n n热力学能热力学能:储存在系统内部的能量储存在系统内部的能量。n n焓：焓：H=H=U+pVU+pV，即热力学能加推动功。即热力学能加推动功。n n总能总能:E=U+Ek+Ep 一、热力学第一定律一、热力学第一定律n n表述：当热能与其他形式的能量相互转换时，表述：当热能与其他形式的能量相互转换时，能量的总量保持不变。能量的总量保持不变。n n闭口系统表达式：闭口系统表达式：q=u+wn nP51P51例题例题1 1一、热力学第一定律一、热力学第一定律n n例题例题1

5、1：气体在某一过程中吸收了60kJ的热量，同时热力学能增加了86kJ，问此过程是膨胀还是压缩过程？做功是多少？n n解解：根据闭口系统能量方程 可得n n对外做功为负，表明此过程被压缩，对外做功-26kJ，即消耗外界功26kJ。一、热力学第一定律一、热力学第一定律n n开口系统表达式：开口系统表达式：P51P51例题例题2 2n n 二、理想气体性质及热力过程二、理想气体性质及热力过程n n理想气体模型：对实际气体的简化，忽略分理想气体模型：对实际气体的简化，忽略分子容积，忽略分子间作用力。子容积，忽略分子间作用力。n n理想气体状态方程：理想气体状态方程：P P1 1V V1 1/T/T1

6、1=P=P2 2V V2 2/T/T2 2=PV/T=R=PV/T=Rn n理想气体参数理想气体参数 比热容：定容比热、定压比热、比热容：定容比热、定压比热、热力学能差：公式热力学能差：公式u u1-21-2=焓差：公式焓差：公式h h1-21-2=熵差：公式熵差：公式4.1-184.1-204.1-184.1-20 二、理想气体性质及热力过程n n热力过程：热力过程：4 4个基本过程个基本过程P P1 1V V1 1/T/T1 1=P=P2 2V V2 2/T/T2 2 定容过程定容过程:比体积不变的过程，比体积不变的过程，P P1 1/T/T1 1=P=P2 2/T/T2 2 定压过程定压

7、过程:压力不变的过程，压力不变的过程，V V1 1/T/T1 1=V=V2 2/T/T2 2 定温过程定温过程:温度不变的过程，温度不变的过程，P P1 1V V1 1=P=P2 2V V2 2 绝热过程：工质与外界没有热量交换的过程绝热过程：工质与外界没有热量交换的过程,pvpvk k=常数常数三、热力学第二定律三、热力学第二定律n n主要描述：主要描述：1 1、克劳修斯说法：、克劳修斯说法：2 2、开尔文说法：、开尔文说法：n n卡诺循环与卡诺定律：卡诺循环与卡诺定律：1 1、卡诺循环（见图、卡诺循环（见图4.1-64.1-6）：由两个定温）：由两个定温过程和两个绝热过程组成的理想循环。过

8、程和两个绝热过程组成的理想循环。热效率：热效率：t t =1=1 T T2 2/T/T1 1三、热力学第二定律三、热力学第二定律 2 2、卡诺定理：、卡诺定理：定理定理1 1：相同高温热源和低温热源间工作的可：相同高温热源和低温热源间工作的可逆循环热效率相等逆循环热效率相等 定理定理2 2：温度相同的高温热源和低温热源间工：温度相同的高温热源和低温热源间工作的可逆热机热效率大于不可逆热机热效率作的可逆热机热效率大于不可逆热机热效率n n孤立系统熵增原理：孤立系统内的熵只能够增孤立系统熵增原理：孤立系统内的熵只能够增大或维持不变，不可能减小大或维持不变，不可能减小 三、热力学第二定律三、热力学第

9、二定律n n例题例题7：一个热机循环工作在1000K和250K的两个热源之间，从高温热源吸热100kJ，做功77kJ，判断该循环是否可行，为什么？n n解解：根据卡诺定律，循环热效率的极值为 ，该循环的热效率 超过了卡诺循环的效率，故该循环不能实现。四、水蒸气四、水蒸气n n饱和状态：水的汽化与液化速度相等，汽、液饱和状态：水的汽化与液化速度相等，汽、液两相共存达到动态平衡的状态。两相共存达到动态平衡的状态。特点：饱和温度和饱和压力一一对应特点：饱和温度和饱和压力一一对应n n水的定压加热汽化过程：水的定压加热汽化过程：1 1、二线三区五态、二线三区五态 2 2、相关定义、相关定义 汽化潜热：

10、饱和水变为饱和蒸汽所需的热量汽化潜热：饱和水变为饱和蒸汽所需的热量 临界点：临界点：温度温度tsts为为374.15374.15，压力，压力PsPs为为22.212MPa22.212MPa四、水蒸气四、水蒸气n n水和水蒸气表水和水蒸气表四、水蒸气四、水蒸气n n水和水蒸气焓水和水蒸气焓-熵图熵图五、气体和蒸汽的流动五、气体和蒸汽的流动n n基本方程：基本方程：n n促使流速改变的条件：促使流速改变的条件：Ma1Ma1时，若使流速增大，应有时，若使流速增大，应有dAdA01Ma1时，若使流速增大，应有时，若使流速增大，应有dAdA00，横截横截面积应逐步增大。面积应逐步增大。六、气体和蒸汽动力

11、循环六、气体和蒸汽动力循环n n气体动力循环气体动力循环 1 1、混合加热理想循环：、混合加热理想循环：5 5个过程（个过程（2 2绝热绝热2 2定压定压1 1定容）定容）2 2、定容加热理想循环：、定容加热理想循环：4 4个过程（个过程（2 2绝热绝热2 2定容）定容）n n蒸汽动力循环蒸汽动力循环 1 1、郎肯循环：、郎肯循环：4 4个过程（个过程（2 2绝热绝热2 2定压）定压）2 2、再热循环：朗肯循环的改进、再热循环：朗肯循环的改进 3 3、回热循环、回热循环七、理想气体混合物和湿空气七、理想气体混合物和湿空气n n理想气体混合物理想气体混合物 1 1、分压力：、分压力：2 2、分压

12、力定律：混合物总压力等于各组分、分压力定律：混合物总压力等于各组分分压力之和分压力之和n n湿空气：含有水蒸气的空气。湿空气：含有水蒸气的空气。1 1、相对湿度：、相对湿度：2 2、含湿量：、含湿量：3 3、湿空气焓：、湿空气焓：4 4、焓、焓-含湿图：含湿图：n n湿空气过程湿空气过程 1 1、加热（或冷却）过程、加热（或冷却）过程 2 2、冷却去湿过程、冷却去湿过程 3 3、干燥过程、干燥过程第二节第二节 传热学传热学第二节第二节 知识结构知识结构n n绪论绪论n n导热传热导热传热n n对流换热对流换热n n辐射传热辐射传热n n传热过程分析与换热器计算传热过程分析与换热器计算一、导热传

13、热一、导热传热n n导热定义：温度不同的物体各部分或温度不导热定义：温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象，又称热传导。传递现象，又称热传导。n n导热特点：导热特点：必须有温差；必须有温差；物体直接接触；物体直接接触；依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动传递热量；运动传递热量；引力场下单纯导热只发生在密实固体中。引力场下单纯导热只发生在密实固体中。一、导热传热一、导热传热n n一维稳态导热傅里叶公式：一维

14、稳态导热傅里叶公式：n n导热过程的单值性条件：是导热微分方程确导热过程的单值性条件：是导热微分方程确定唯一解的附加补充说明条件。包含几何、定唯一解的附加补充说明条件。包含几何、物理、时间、边界。边界条件分三类：物理、时间、边界。边界条件分三类：第一类边界条件：第一类边界条件：第二类边界条件：第二类边界条件：第三类边界条件：第三类边界条件：一、导热传热一、导热传热n n典型几何形状物体的稳态导热典型几何形状物体的稳态导热n n平壁导热：平壁导热：1 1、第一类边界条件、第一类边界条件 图示：图示：4.2-74.2-7、4.2-84.2-8、4.2-94.2-9 公式：公式：4.2-84.2-8

15、、4.2-94.2-9 2 2、第三类边界条件、第三类边界条件 图示：图示：4.2-94.2-9 公式：公式：4.2-104.2-10、4.2-114.2-11 3 3、应用：、应用：P75P75例题例题6 6 一、导热传热一、导热传热n n例题例题例题例题：一双层玻璃窗由宽：一双层玻璃窗由宽1m1m，高，高1.2m1.2m，厚，厚3mm3mm的玻的玻璃和其中间的厚为璃和其中间的厚为5mm5mm空气间隙组成。设空气层仅空气间隙组成。设空气层仅起导热作用，导热系数为起导热作用，导热系数为0.026 W/(0.026 W/(m m K K)，室内外，室内外温度分别为温度分别为2626及及-11-1

16、1，内外表面表面传热系数，内外表面表面传热系数分别为分别为20W/(m220W/(m2 K)K)、15W/(m215W/(m2 K)K)，试求该玻璃窗，试求该玻璃窗的散热量。的散热量。n n解：解：A=1A=11.2=1.2m1.2=1.2m2 2,k=1/k=1/（1/h1/h1 1+1 1/1 1+2 2/2 2+3 3/3 3+1/h+1/h2 2）=3.2=3.2 W/(m2 W/(m2 K)K)tt=26-(-11)=37,=k*A*=26-(-11)=37,=k*A*tt=141W=141W一、导热传热一、导热传热n n例题例题例题例题：导热系数分别为：导热系数分别为1 1=0.0

17、8W/(m0.08W/(m K)K)，2 2=0.03W/(m0.03W/(m K)K)的材料，厚度分别为的材料，厚度分别为2mm2mm和和1mm,1mm,中间紧夹一层厚度可以不计的加热膜中间紧夹一层厚度可以不计的加热膜,加热膜的温加热膜的温度维持在度维持在70,70,材料材料1 1一侧维持在一侧维持在t t1 1=28=28，材料，材料2 2一侧与维持在一侧与维持在t tf f=18=18的表面传热系数的表面传热系数h h为为50W/(m250W/(m2 K)K)的气流相通，假设过程为稳态的气流相通，假设过程为稳态,试计算试计算加热膜所施加的热流密度大小。加热膜所施加的热流密度大小。n n解

18、：材料解：材料1 1侧侧:q:q1 1=(t=(t0 0-t-t1 1)/()/(1 1/1 1)=1680W/m)=1680W/m2 2,材料材料2 2侧侧:q:q2 2=(t=(t0 0-t-tf f)/()/(2 2/2 2+1/h)=975W/m+1/h)=975W/m2 2,q=q=q q1 1+q q2 2=2655=2655W/mW/m2 2一、导热传热n n圆筒壁导热圆筒壁导热 1 1、第一类边界条件、第一类边界条件 图示：图示：4.2-104.2-10 公式：公式：4.2-124.2-12、4.2-134.2-13 2 2、第三类边界条件、第三类边界条件 图示：图示：4.2-

19、104.2-10 公式：公式：4.2-124.2-12、4.2-134.2-13 3 3、应用：、应用：P75P75例题例题7 7二、对流换热二、对流换热n n对流对流 1 1、定义：流体（气体或液体）中温度不、定义：流体（气体或液体）中温度不同的各部分之间，由于发生相对宏观运动同的各部分之间，由于发生相对宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象，又而把热量由一处传递到另一处的现象，又称热对流。称热对流。2 2、基本公式：牛顿冷却公式、基本公式：牛顿冷却公式二、对流换热二、对流换热n n对流换热对流换热 1 1、定义：流体与温度不同的固体壁面接触时、定义：流体与温度不同的固体壁面接触时所发生的

20、传热过程所发生的传热过程 2 2、特点：、特点：导热与对流同时存在的复杂过程；导热与对流同时存在的复杂过程；必须有直接接触面、宏观运动和温差；必须有直接接触面、宏观运动和温差；紧贴壁面会形成速度梯度较大的边界层。紧贴壁面会形成速度梯度较大的边界层。二、对流换热二、对流换热 3 3、影响因素：、影响因素：5 5方面方面 流动起因和状态、流体热物理性质、流体流动起因和状态、流体热物理性质、流体相变、定性温度与定型尺寸相变、定性温度与定型尺寸 4 4、单相流体对流换热、单相流体对流换热 管内受迫流动换热管内受迫流动换热 外掠圆管流动换热外掠圆管流动换热 5 5、凝结换热与沸腾换热、凝结换热与沸腾换热

21、三、辐射传热三、辐射传热n n辐射（热辐射）辐射（热辐射）1 1、定义：由热运动产生的，以电磁波（或光、定义：由热运动产生的，以电磁波（或光子）形式传递能量的现象。子）形式传递能量的现象。2 2、特点：特点：高于高于0K0K的任何物体，就会不停地的任何物体，就会不停地向周围空间发出热辐射；向周围空间发出热辐射；可在真空中传播；可在真空中传播；伴随能量形式的转变；伴随能量形式的转变；具有强烈的方向具有强烈的方向性；性；辐射能与温度、波长有关；辐射能与温度、波长有关；辐射能辐射能取决于温度的取决于温度的4 4次方。次方。3 3、基本公式：斯蒂芬、基本公式：斯蒂芬-波尔兹曼定律波尔兹曼定律三、辐射传

22、热三、辐射传热n n辐射换热：辐射换热：1 1、定义：物体间靠热辐射进行的热量传递、定义：物体间靠热辐射进行的热量传递 2 2、特点：、特点：不需要冷热物体直接接触；不需要冷热物体直接接触；先有热能变为电磁波而后变为热能；先有热能变为电磁波而后变为热能；物体相互间辐射能量，最终热能由高温物物体相互间辐射能量，最终热能由高温物体传到低温物体体传到低温物体 3 3、基本概念、基本概念 黑体、辐射力、单色辐射力、角系数黑体、辐射力、单色辐射力、角系数三、辐射传热三、辐射传热 4 4、基本定律、基本定律 普朗克定律：描述黑体辐射能量沿波长普朗克定律：描述黑体辐射能量沿波长分布的规律。分布的规律。斯蒂芬

23、斯蒂芬-玻尔兹曼定律：描述黑体辐射力玻尔兹曼定律：描述黑体辐射力随温度的变化规律。随温度的变化规律。兰贝特定律：描述黑体辐射能量沿半球兰贝特定律：描述黑体辐射能量沿半球空间方向的变化规律。空间方向的变化规律。基尔霍夫定律：描述单色定向发射率与基尔霍夫定律：描述单色定向发射率与单色定向吸收率的变化规律单色定向吸收率的变化规律四、传热过程分析与换热器计算四、传热过程分析与换热器计算n n通过肋壁的传热通过肋壁的传热n n强化传热与削弱传热的方法强化传热与削弱传热的方法 1、强化传热、强化传热 定义：定义：方法：方法：7种。种。扩展传热面；改变流动状态；改变流动扩展传热面；改变流动状态；改变流动物性

24、；改变表面状况：增加粗糙度、改变物性；改变表面状况：增加粗糙度、改变表面状况；改变换热面积形状和大小；改表面状况；改变换热面积形状和大小；改变能量传递方式；靠外力产生振荡。变能量传递方式；靠外力产生振荡。四、传热过程分析与换热器计算四、传热过程分析与换热器计算 2、削弱传热、削弱传热 定义：定义：方法：方法：2种种 覆盖绝缘材料；改变表面状况。覆盖绝缘材料；改变表面状况。n n对数平均温差对数平均温差 用于换热器设计计算用于换热器设计计算 第三节 流体力学第三节 知识结构一、流体力学一、流体力学重点：流体静力学基本方程、流体动力重点：流体静力学基本方程、流体动力学方程及流体阻力计算学方程及流体

25、阻力计算二、泵与风机二、泵与风机重点：性能参数、运行调节重点：性能参数、运行调节一、基本概念n n流体：是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形流体：是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形流体：是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形流体：是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形的物质。的物质。的物质。的物质。n n特征：流动性、易变形。特征：流动性、易变形。特征：流动性、易变形。特征：流动性、易变形。n n性质：性质：性质：性质：4 4 4 4种种种种 压缩性与膨胀性压缩性与膨胀性压缩性与膨胀性压缩性与膨胀性 粘性：流体内部产生的摩擦阻力，粘性：流体内部产生的摩擦阻力，粘性：流体内部产生的摩擦阻力

26、，粘性：流体内部产生的摩擦阻力，动力黏度。动力黏度。动力黏度。动力黏度。实验证实实验证实实验证实实验证实:F=:F=:F=:F=AU/hAU/hAU/hAU/h，A A A A面积，面积，面积，面积，U U U U速度，速度，速度，速度，h h h h板间距板间距板间距板间距 压强：气体和液体粘性随压强的变化很小压强：气体和液体粘性随压强的变化很小压强：气体和液体粘性随压强的变化很小压强：气体和液体粘性随压强的变化很小 温度：升高气体粘性增大，液体粘性减小温度：升高气体粘性增大，液体粘性减小温度：升高气体粘性增大，液体粘性减小温度：升高气体粘性增大，液体粘性减小 表面张力和毛细力表面张力和毛细

27、力表面张力和毛细力表面张力和毛细力 作用力作用力作用力作用力一、基本概念n n例题：动力黏度例题：动力黏度=0.065Ns/m=0.065Ns/m2 2的油充满在活塞的油充满在活塞和气缸间隙中，气缸直径和气缸间隙中，气缸直径D=12mmD=12mm，间隙，间隙=0.4mm=0.4mm，活塞长度，活塞长度L=14cmL=14cm，如对活塞施以，如对活塞施以F=8.6NF=8.6N的力，的力，使其匀速运动。求活塞运动速度。使其匀速运动。求活塞运动速度。n n解：活塞匀速运动说明：解：活塞匀速运动说明：F F等于摩擦阻力等于摩擦阻力 F=F=F=F=AU/hAU/hAU/hAU/h，A=A=A=A=

28、（D-2D-2D-2D-2）L=0.05243mL=0.05243m2 2 h=0.0004m,=0.065Ns/m h=0.0004m,=0.065Ns/m2 2,F=8.6N,F=8.6N U=U=F/(F/(AAAA)=1.0095m/s)=1.0095m/s)=1.0095m/s)=1.0095m/s二、流体静力学二、流体静力学n n适用范围：理想流体和黏性流体适用范围：理想流体和黏性流体n n静压强特性静压强特性 1 1、方向与作用面相垂直，并指向内法线方向、方向与作用面相垂直，并指向内法线方向 2 2、静止流体任一点压强与作用面在空间方向、静止流体任一点压强与作用面在空间方向无关无

29、关n n静力学方程静力学方程:1 1、公式、公式 4.3-6 4.3-6 位势能位势能+压强势能压强势能=常数常数 2 2、方程应用、方程应用:P100:P100例题例题2 2三、流体动力学n n连续性方程：公式连续性方程：公式4.3-15 4.3-15 定常流动两截面间流体质量不变定常流动两截面间流体质量不变n n动量方程：公式动量方程：公式4.3-174.3-17n n伯努利方程：能量守恒定律流体力学的应用伯努利方程：能量守恒定律流体力学的应用 1 1、公式、公式4.3-18 4.3-18 动能动能+位势能位势能+压强势能压强势能=机械能机械能=常数常数 2 2、伯努利方程应用：、伯努利方

30、程应用：P103P103例题例题3 3四、流动阻力和能量损失n n产生原因：实际流体存在粘性，流动中产生产生原因：实际流体存在粘性，流动中产生 摩擦阻力，为了克服摩擦阻力，流体中一部摩擦阻力，为了克服摩擦阻力，流体中一部分机械能不可逆地损失掉分机械能不可逆地损失掉n n流动阻力和损失：流动阻力和损失：2 2部分部分 1 1、沿程阻力与沿程损失、沿程阻力与沿程损失 2 2、局部阻力与局部损失、局部阻力与局部损失n n流动状态：流动状态：1 1、层流和紊流：、层流和紊流：2 2、判据：雷诺数、判据：雷诺数 公式公式4.3-234.3-23 圆管的临界雷诺数圆管的临界雷诺数ReRecrcr=2000

31、=2000四、流动阻力和能量损失n n流体阻力计算流体阻力计算 1 1、沿程阻力：、沿程阻力：计算公式：公式计算公式：公式4.3-204.3-20 沿程阻力系数计算：沿程阻力系数计算：2 2、局部阻力：、局部阻力：计算公式：公式计算公式：公式4.3-214.3-21 局部阻力系数计算：局部阻力系数计算：3 3、总阻力：、总阻力：总阻力总阻力=沿程损失沿程损失+局部损失局部损失 4 4、简单管道流动计算：、简单管道流动计算：P108P108例题例题4 4五、不可压缩流体的二维流动n n边界层边界层 1 1、概念、概念:2 2、区分判据：雷诺数、区分判据：雷诺数 Rex=5Rex=510105 5

32、n n绕流物体的阻力绕流物体的阻力 1 1、压差阻力：作用在物体表面法向应力、压差阻力：作用在物体表面法向应力在来流方向的分力总和。在来流方向的分力总和。2 2、摩擦阻力：作用在物体表面切向应力、摩擦阻力：作用在物体表面切向应力在来流方向的分力总和。在来流方向的分力总和。七、泵与风机n n分类及工作原理分类及工作原理n n主要性能参数主要性能参数流量、扬程、功率、转速、汽蚀余量、损失效率流量、扬程、功率、转速、汽蚀余量、损失效率 n n性能曲线：性能曲线：3 3种种 流量与扬程、流量与轴功率、流量与效率流量与扬程、流量与轴功率、流量与效率n n运行调节运行调节 并联与串联运行并联与串联运行 工

33、况调节：工况调节：3 3种方法，种方法，P118P118n n选型选型七、泵与风机n n例题：例题：离心泵装置泵系统，已知该泵的静扬程（几何给水高度）H=15m，管道总阻抗S=72000s2/m5，当水泵的流量qv=6.50L/s时，求水泵的扬程。n n解解：由题意知：水泵的扬程 H=(p1-p2)/(g)+Hz+h1=H1+Sq2=18.04m第四节 热工测量技术第四节 知识结构n n基本知识基本知识n n实际应用中的测量实际应用中的测量n n误差分析及数据处理误差分析及数据处理一、基本知识n n测量方法：分类测量方法：分类n n被测参数被测参数：n n仪表组成：仪表组成：n n测量范围和仪

34、表精度：测量范围和仪表精度：1 1、量程或测量范围：仪表或测量系统所能测、量程或测量范围：仪表或测量系统所能测量的最大输入量与最小输入量间的范围量的最大输入量与最小输入量间的范围 2 2、仪表精度：测量结果与被测量真值相一致、仪表精度：测量结果与被测量真值相一致的程度的程度 3 3、仪表精度等级：仪表可能产生的最大误差、仪表精度等级：仪表可能产生的最大误差与仪表量程之比与仪表量程之比二、实际应用中的测量 温度、压力、流速、流量、气体成分温度、压力、流速、流量、气体成分 液位、转速和功率、湿度、煤量液位、转速和功率、湿度、煤量温度测量温度计分类温度计分类精度精度测温原理测温原理使用温度范围使用温

35、度范围接接触触式式膨膨胀胀式式压力式温度计压力式温度计（1.5%2.5%1.5%2.5%）利用液体（水利用液体（水银、酒精）或银、酒精）或固体（双金属固体（双金属片）受热产生片）受热产生膨胀的特性膨胀的特性8050080500双金属温度计双金属温度计（1%2.5%1%2.5%）100600100600水银温度计水银温度计（0.1%1%0.1%1%）3835638356有机液体温度计有机液体温度计（0.1%2.5%0.1%2.5%）100100100100电电阻阻式式铂电阻温度计铂电阻温度计（0.1%0.3%0.1%0.3%）利用导体或半利用导体或半导体受热其电导体受热其电阻值变化的性阻值变化的

36、性质质13.81961.78K13.81961.78K铜电阻温度计铜电阻温度计（0.1%0.3%0.1%0.3%）5015050150铑铁电阻温度计铑铁电阻温度计（0.0010.010.0010.01）K K0.1273K0.1273K锗电阻温度计锗电阻温度计（0.0020.020.0020.02）K K0.015100K0.015100K镍电阻温度计镍电阻温度计（0.2%0.5%0.2%0.5%）6018060180碳电阻温度计碳电阻温度计0.01K0.01K70K70K以下至以下至mKmK热敏电阻温度计热敏电阻温度计（0.3%1.5%0.3%1.5%）4015040150温度测量温度测量热

37、热电电偶偶式式铜铜康铜康铜（0.4%1.5%0.4%1.5%）利用物体的热电利用物体的热电性质性质200400200400铂铑铂铑铂铂（0.25%0.5%0.25%0.5%）0180001800镍铬镍铬铜镍（康铜）铜镍（康铜）（0.4%1.5%0.4%1.5%）4080040800镍铬镍铬镍硅（铝）镍硅（铝）（0.4%1.5%0.4%1.5%）0130001300辐辐射射式式全辐射高温计全辐射高温计利用物体辐射能利用物体辐射能随温度变化的性随温度变化的性质质70020007002000光学高温计光学高温计（20802080）70020007002000比色高温计比色高温计（0.5%1.5%0.

38、5%1.5%）80020008002000红外温度计红外温度计（0.5%1.5%0.5%1.5%）100700100700压力测量压力测量类型类型测量范围测量范围(Pa)精确度精确度优缺点优缺点主要用途主要用途液柱液柱式压式压力计力计02.66105（02000mmHg）0.51.01.5结构简单，使用方便，结构简单，使用方便，但测量范围窄，只能但测量范围窄，只能测量低压或微压，易测量低压或微压，易损坏损坏用来测量低压及真空，用来测量低压及真空，或作压力标准计量仪或作压力标准计量仪器器弹性弹性式压式压力表力表-105109（-110000kgf/cm2)精密：精密：0.2、0.250.35、0

39、.5一般：一般：1.0、1.52.5测量范围宽测量范围宽,结构简单，结构简单，使用方便，价格便宜，使用方便，价格便宜，可制成电气远传式，可制成电气远传式，广泛使用广泛使用用来测量压力及真空，用来测量压力及真空，可就地指示可就地指示,也可集中也可集中控制控制,具有记录、发信具有记录、发信报警远传性能报警远传性能电气电气压力压力表表71025108（710-35103kgf/cm2)0.21.5测量范围广测量范围广,便于远传便于远传和集中控制和集中控制用来测量压力需要远用来测量压力需要远传和集中控制的场合传和集中控制的场合活塞活塞式压式压力表力表-1052.510551062.5108（-12.5

40、至至502500 kgf/cm2）一等：一等：0.02二等：二等：0.05三等：三等：0.2测量精确度高测量精确度高,但结构但结构复杂，价格较贵复杂，价格较贵用来检定精密压力表用来检定精密压力表和普通压力表和普通压力表流量测量类类型型名名 称称输出信号输出信号形式形式适用流体及其参数界限适用流体及其参数界限主要技术特性主要技术特性流体流体种类种类压力压力MPaMPa温度温度雷诺数雷诺数精度精度%适用管径适用管径mmmm压力压力损失损失容容积积型型椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计腰轮流量计腰轮流量计刮板流量计刮板流量计转速转速液、气液、气6.46.4360360不限不限(0.2(0.20.5)0.5

41、)1010500500速速度度型型节节流流式式标准孔板标准孔板标准喷嘴标准喷嘴标准文丘里管标准文丘里管差压差压液、气液、气蒸汽蒸汽3232600600500050008000800020002000300030001.51.5(1.0(1.02.0)2.0)(1.5(1.54.0)4.0)50501001005050600600150150400400大大中中小小动动压压式式皮托管皮托管差压差压液、气液、气323260060020002000(1.5(1.54.0)4.0)10010016001600很小很小转转子子式式玻璃转子流量计玻璃转子流量计金属转子流量计金属转子流量计转子位置转子位置液

42、、气液、气1.61.62.52.512012040040010000100002.52.54 4150150中中靶式流量计靶式流量计力力液、气液、气6.46.440040020000.02m/s0.02m/s1 11010无无三、误差分析及数据处理n n误差误差:测量结果与真值之间的差值测量结果与真值之间的差值n n误差的表示方法误差的表示方法 1 1、绝对误差：仪表指示值与被测量真实值、绝对误差：仪表指示值与被测量真实值之间的差值之间的差值 2 2、相对误差：绝对误差值与标准值之比、相对误差：绝对误差值与标准值之比 3 3、引用误差：仪表的绝对误差折合成该仪、引用误差：仪表的绝对误差折合成该

43、仪表测量范围的百分数表测量范围的百分数 绝对误差反映测量结果偏离真值的程度，绝对误差反映测量结果偏离真值的程度，引用误差反映本次测量的精确程度。引用误差反映本次测量的精确程度。三、误差分析及数据处理n n例题：某测量范围例题：某测量范围0-1000-100温度计测量环境温度，温度计测量环境温度，读数为读数为22.3 22.3，用经校准的标准温度计测量读数，用经校准的标准温度计测量读数为为22.7 22.7，求本次测量的绝对误差、相对误差和，求本次测量的绝对误差、相对误差和引用误差。引用误差。n n解：绝对误差解：绝对误差=a-b=22.3-22.7=-0.4=a-b=22.3-22.7=-0.

44、4;相对误差A=/b=(-0.4/22.7)*100%=-1.8%/b=(-0.4/22.7)*100%=-1.8%引用误差引用误差B=/B=/（100-0100-0）*100%=-0.4%*100%=-0.4%三、误差分析及数据处理n n测量误差的分类测量误差的分类 1 1、粗大误差：操作者主观过失，可避免、粗大误差：操作者主观过失，可避免 2 2、系统误差：由于测量仪表本身，或仪表、系统误差：由于测量仪表本身，或仪表使用不当及测量环境条件发生较大改变等原使用不当及测量环境条件发生较大改变等原因引起因引起 3 3、随机误差：在相同条件下，多次测量同、随机误差：在相同条件下，多次测量同一被测量

45、时，不可预知地变化着的误差一被测量时，不可预知地变化着的误差 。三、误差分析及数据处理n n数据处理数据处理 1 1、有效数字、欠准数字和可靠数字、有效数字、欠准数字和可靠数字 2 2、“0 0”的使用原则：的使用原则：2 2条条 3 3、有效数字的运算规则：常数、加减法、乘、有效数字的运算规则：常数、加减法、乘除法除法 4 4、数字修约：、数字修约：GB/T8170-2008GB/T8170-2008 三、误差分析及数据处理n n不确定度：表征合理赋予被测量之值的分散性，不确定度：表征合理赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。与测量结果相联系的参数。特征：被测量的真值在某个范围的估

46、计值，特征：被测量的真值在某个范围的估计值，是衡量测量质量的指标是衡量测量质量的指标 n n实例：实例：P146 P146 例题例题1 1 三、误差分析及数据处理n n例题例题例题例题：2525下，下，6 6次测量超声波波长次测量超声波波长，结果：，结果：0.6872,0.6854,0.6840,0.6880,0.6820,0.68800.6872,0.6854,0.6840,0.6880,0.6820,0.6880，单位单位cmcm，仪表示值误差，仪表示值误差0.0020.002，用测量不确定度表，用测量不确定度表示测量结果。示测量结果。n n解：解：的平均值的平均值=0.6858cm=0.6858cmn n计算标准偏差计算标准偏差,A,A类不确定度分量类不确定度分量n nB B类不确定度分量类不确定度分量u=0.002cmu=0.002cmn n合成不确定度为合成不确定度为n n扩展不确定度扩展不确定度kUkU,k=1,k=1时时68%,k=268%,k=2时时95%,k=395%,k=3时时99%99%n n测量结果表示为测量结果表示为=0.6858cm0.0022cm,Ur=0.3%=0.6858cm0.0022cm,Ur=0.3%谢谢各位！