Основные сведения по теплотехнике. Основные физические величины, применяемые в теплотехнике

УО «ГАЗ-ИНСТИТУТ»

ЛЕКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

«ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО ТЕПЛОТЕХНИКЕ»

(4 часа)

Разработал доцент:

Минск 2004

1. Основные физические величины, применяемые в теплотехнике

1.1. Масса, сила тяжести и вес тела

Различают инерционную и гравитационную массу тела. Под инерционной массой понимают меру инерционных свойств тела. Два тела обладают одинаковой инерционной массой, если они под воздействием одинаковой силы движутся с одинаковым ускорением. В соответствии со вторым законом Ньютона

F = mа,                                                    (1)

где F – сила, приложенная к телу;

m – масса тела;

а – ускорение тела.

Под гравитационной массой понимают меру гравитационных свойств тела. Согласно закону всемирного тяготения, открытому Ньютоном, два тела притягиваются друг к другу с силой F, прямо пропорциональной произведению их гравитационных масс m₁ и m₂ и обратно пропорциональной квадрату расстояния r между ними:

,                                                 (2)

где g - постоянная тяготения.

Гравитационную массу измеряют взвешиванием тела на весах.

В дальнейшем термины «инерционная масса» и «гравитационная масса» будут заменены единым термином «масса». В системе СИ единица массы - кг.

Сила, с которой тела притягиваются к земле, называются силой тяжести и определяется по формуле:

F = mg,                                                    (3)

где F – сила тяжести;

m– масса тела;

g = 9,81 м²/с – ускорение свободного падения.

Силу тяжести тела можно измерить с помощью динамометра.

Под весом тела понимается сила, с которой тело действует на горизонтальную опору вследствие притяжения этого тела к земле.

Вес тела определяется:

,                                               (4)

где а – ускорение, с которым движется тело.

Единица силы тяжести и веса в системе единиц СИ является кг×м/с² и равняется 1 Н (ньютон).

Соотношения единиц:

1 кгс = 9,81 Н.

1.2. Плотность

Плотностью называется величина, равная отношению массы вещества к объему тела:

r = m/V,                                                    (5)

где m – масса вещества;

V – объем тела.

Удельным объемом называется величина, равная отношению объема тела к его массе:

v = V/m.                                                  (6)

Единица плотности – кг/м³; единица удельного объема – м³/кг.

Плотность различных веществ:

сталь – 7900 кг/м³;

кирпич изоляционный – 550 кг/м³;

зола - 650 кг/м³;

пыль угольная - 500-800 кг/м³;

воздух – 1,29 кг/м³;

водяной пар – 0,8 кг/м³;

природный газ – 0,73-0,89 кг/м³.

1.3. Понятие о давлении

Силы воздействия жидкости и газов на граничащие с ними поверхности называют силами давления, отношение нормально направленной силы к площади поверхности называют давлением:

p = F/S,                                                    (7)

где р – давление (Па);

F – нормально направленная сила давления (Н);

S – площадь поверхности (м²).

1 кПа = 10³ Па, 1 МПа = 10⁶ Па, 1 ГПа = 10⁹ Па.

Соотношение единиц давления:

1 кгс/см² = 1 ат = 98066,5 Па » 98,1 кПа;

1 атм = 760 мм рт. ст. = 101325 Па » 101,3 кПа;

1 мм вод. ст. = 9,81 Па;

1 бар = 100 кПа = 0,1 МПа.

1.4. Атмосферное давление

Давление, производимое воздухом на окружающие его предметы, называется атмосферным давлением.

Для измерения атмосферного давления применяют барометры.

Давление атмосферного воздуха, равное 101,325 кПа (в прежних единицах 760 мм рт. ст.) называется нормальным атмосферным давлением.

Техническая атмосфера равна 735,6 мм рт. ст. или 98 кПа.

1.5. Абсолютное и избыточное давление

Давление в закрытом сосуде, превышающее атмосферное, называется избыточное, МПа (ати), а давление меньшее, чем атмосферное, называется разряжением.

Абсолютное давление, МПа (ата), равно измеренному избыточному плюс атмосферное давление или атмосферному давлению минус измеренное разрежение.

Давление выше атмосферного измеряют манометрами, которые показывают избыточное или рабочее давление МПа (ати).

Р_м = Р – Р_а ,                                              (8)

где Р_а – атмосферное давление;

Р_м – манометрическое или избыточное давление;

Р – абсолютное давление.

1.6. Температура

Температура тел  пропорциональна кинетической энергии частиц рабочего тела. Термодинамическая температурная шкала построена по следующему принципу: за абсолютный нуль принято состояние, когда полностью прекращается тепловое движение молекул. Другая важная точка отсчета это тройная точка воды = 273,16 К т.е. равновесие между льдом, водой и паром.

За единицу измерения по термодинамической шкале принят градус кельвин К равный 1/273,16 части интервала от абсолютного нуля до тройной точки.