热力学基础知识

热量和温度

 温度

是一个用于度量一个物体或环境的物理单位，它是热运动的指数；当热量减少时，温度也随之降低。

 热量

 是由分子运动而产生的一种能量形式；

热量的计量单位是千卡（Kcal）或千瓦（kW），1千卡(1kcal)的定义为使1千克（或1升）的水温度升高1摄氏度(例：从14.5℃到15.5℃)所需要的热量。

 比   热

我们很容易发现：在相同的条件下提供等量的热量（Q）时，不是所有的物体都被加热到相同的温度，因为每种物质都有不同的“热容量”，这一特性根据物体的性质和质量而改变。

在质量相等的条件下，热容量大小仅仅跟物体的性质有关；决定吸热量大小的性质称为“比热”。

因此，我们把一个物体（固体、液体或气体）的比热（C）定义为：单位质量的某种物质，温度升高1℃所吸收的热量，单位为千卡/（千克×°C） 。

公式 :  Q = C × M × (T2-T1)

其  中：

“Q”为提供的热量

“M”为物体质量,单位Kg 

“C”为物体比热

“T2”为最终温度

“T1”为起始温度

             几种常见物质的比热

能量与功率

什么是能量？ 

Q = C × M × △T

 其中，Q是提供的热能，“M”是物体的质量（例如，容器中的储水量），“△T”是温差（最终温度-初始温度），“C”是物体的比热（水的比热等于1）。

我们可以看以下例子：

要在一分钟内使13.7升的水从15℃加热到40℃需要多少热量？

M = 13.7 升（13.7kg)

C  = 1(kcal / kg °C)

△T = 40 ℃ -15 ℃ =25 ℃

将这些数据放到上述公式中，我们可以得到： 

Q = 1 x 13.7x 25 = 342.5kcal

什么是功率?

功率 可简单理解为做功的速率，即单位时间内所做的功的多少.

              能量 (Q) 

              时间(T)

通常以千瓦(kW)作为单位，千瓦与千卡／小时的换算关系如下：

           1 kW = 860 kcal/h

如果锅炉在一分钟内把13升水加热温升到25 ℃. 那它的输出功率为多少：

   P = 13.7 (kg /min) x 1 (kcal/kg °C) x 25 (°C) = 342.5 kcal/min

实际上，如果把342.5千卡/分钟乘以60分钟的话，即得到 以千卡/小时为单位的数值.

  342.5 kcal/minute x 60 minutes  = 20550 kcal/h 

如果除以860（1kW =860kcal）的话，换算得到以千瓦为单位的数值

  P = 20550kcal/h  / 860 = 23.9 kW /h

也就是24KW燃气壁挂炉在Δt=25℃时，每分钟可以产出13.7升的生活热水。

功率的确切意义

让我们来假设一种情况:

一个容器内盛有200L水,用24KW锅炉从15度加热到60度.

需要多少时间？

容器 1 Q = M x C x △T = 200 x 1 x (60 - 15) = 9000 kcal

热量的传递

热量的传递分为:

1. 热对流

2. 热传导

3. 热辐射

热对流

由中间介质（流动的气体或液体）来传递热量,使热量从高温物体传递到低温物体上的热量传递方式。

热传导

物质本身或当物质与物质接触时，能量的传递就被称为热传导，这是最普遍的一种热传递方式。分子内部的振动传导热量,使得能量从高温一面传递到低温一面.

热传导或多或少取决于材料类型,实际应用中,热传导在金属中比较容易进行,特别是银、铜和铝等。热传导在非金属介质中比较难以进行，如石头、砖块、无机纤维、木头和毛绒制品等

热辐射

热辐射指的是依靠射线辐射传递热量，日常生活中最常见的就是太阳辐射。实际上，热辐射时刻都在进行，热源对周围的物体进行着热辐射，不需要介质传导。就象太阳将热量传递给地球。

这三种散热方式都不是孤立的，在日常的热量传递中，这三种散热方式都是同时发生，共同起作用的。

流体力学基础

定义液体运动的三个基本因素是：

流量

速度

压力

流量的定义是：在单位时间内，垂直方向流过管子的截面S的液体（水）体积。

速度的概念在机械学中广为人知，它是指单位时间内运动的距离，单位: m/s或km/h。

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