×60MW母管制仿真機(jī)培訓(xùn)教材(基礎(chǔ)知識篇)

1、.4×60MW母管制仿真機(jī)培訓(xùn)教材 仿真機(jī)培訓(xùn)教材（基礎(chǔ)知識篇）濱州魏橋熱電有限公司2005年7月25日目 錄第一節(jié) 流體力學(xué)基礎(chǔ)知識3第二節(jié) 熱力學(xué)基礎(chǔ)知識11第三節(jié) 傳熱學(xué)基礎(chǔ)知識16第四節(jié) 電廠金屬材料基礎(chǔ)知識18第五節(jié) 熱工測量基礎(chǔ)知識20第一節(jié) 流體力學(xué)基礎(chǔ)知識1. 識記以下基本概念：1.1 流體力學(xué)：是研究靜止流體的力學(xué)規(guī)律和運(yùn)動流體的能量轉(zhuǎn)化及能量損失規(guī)律的一門學(xué)科。1.2 力：是動力學(xué)的基本概念。牛頓第一定律給出力的定義為：力是物體間的一種相互作用。由于有了這種作用，物體才會改變速度，即獲得加速度。1.3 力的三要素：力的大小、方向和力的作用點(diǎn)。1.4 質(zhì)量：物體慣性

2、的量度，是指物體所含物質(zhì)的多少。物體的質(zhì)量與其慣性成正比。1.5 表面力、質(zhì)量力、重力、慣性力。作用在物體上的力分為表面力和質(zhì)量力兩種。表面力：作用在液體表面上的，并與其表面積成正比的力。表面力有外力和內(nèi)力之分，內(nèi)力是由于液體質(zhì)點(diǎn)間相互作用而產(chǎn)生的。液體的內(nèi)與外力的平衡條件是在液體的邊界上。質(zhì)量力：作用在液體內(nèi)部每一質(zhì)點(diǎn)上且與質(zhì)量成正比的力。質(zhì)量力分為重力和慣性力兩種： 重力：地球?qū)ζ浔砻娓浇矬w的引力。用“N”表示，即：式中 物體的重量，N；物體的質(zhì)量，；g物體的重力加速度，m/s2。慣性力：液體做加速運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的力。1.6 牛頓第一定律（慣性定律）：任何物體都保持靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)，除

3、非它受到作用力而被迫改變這種狀態(tài)。它包含兩個(gè)重要的物理概念：一是慣性：物體保持原有運(yùn)動狀態(tài)不變的特性與其他物體的作用無關(guān)的固有屬性。二是力的概念。1.7 牛頓第二定律：物體受到外力的作用時(shí)，所獲得的加速度a的大小與外力F的大小成正比，與物體的質(zhì)量m成反比，加速度的方向與外力的方向相同。數(shù)學(xué)表達(dá)為：F=ma式中 F作用力，N；m物體的質(zhì)量，；a物體的加速度，m/s2。1N=1kg·m/s2表示1kg質(zhì)量的物體產(chǎn)生1m/s2加速度的力。1.8 牛頓第三定律（作用力與反作用力定律）：若物體A以力F1作用于物體B，則同時(shí)物體B必以力F2作用于物體A，這兩個(gè)力的大小相等，方向相反，而且沿同一直

4、線。如果F1、F2的一個(gè)力叫作用力，另一個(gè)力叫做反作用力。1.9 流體：是液體和氣體的總稱。1.10 流體的密度：單位體積的流體所具有的質(zhì)量。用“”表示，即：式中 流體的密度，/m3；m流體的質(zhì)量，；V流體的容積，m3。在壓力一定時(shí)，流體的密度隨溫度的增加而減小；當(dāng)溫度一定時(shí)，流體的密度隨壓力的增加而增加。1.11 流體的比容：單位質(zhì)量的工質(zhì)所占的容積。用“v”表示，單位是m3/，即：式中 v流體的比容，m3/；V流體的容積，m3；m流體的質(zhì)量，。1.12 液體靜壓力：作用在靜止液體任意面積上和總壓力。液體靜壓力的兩個(gè)特性：一是液體靜壓力總是垂直并指向作用面的；二是液體內(nèi)任一點(diǎn)的各個(gè)方向的液體

5、靜壓力均相等。1.13 ：液體靜力學(xué)基本方程式：式中 p0作用在液面上的壓力，N/m2；P 液深為h處的靜壓力，N/m2；流體的密度，/m3；g物體的重力加速度，m/s2；h 液體的深度，m。上式表明液體的靜壓力是隨深度按直線規(guī)律變化的，即點(diǎn)的位置越深，靜威力越大。1.14 壓力：物體單位面積上所受到的垂直作用力稱為壓力(壓強(qiáng))，用符號P表示：上式中 P壓力，pa；A面積，m2；F作用在面積且上的垂直作用力，N。1.15 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：包圍在地球外表面的大氣層由于自身的重力而形成大氣壓力。大氣壓力值一般和高度、當(dāng)?shù)販囟群蜐穸扔嘘P(guān)。物理學(xué)規(guī)定，45°緯度的海平面上，常年大氣壓力的平均值為

6、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。氣壓計(jì)顯示為760mmHg，它與法定計(jì)量單位Pa的關(guān)系為：1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760mmHg=1.01325×1051.16 工程大氣壓：工程計(jì)算中，以往常用工程大氣壓表示，換算關(guān)系：1工程大氣壓=1kg·f/cm2 =735.6=9.81×104Pa=1×104mmH2O1.17 絕對壓力、表壓力的關(guān)系：容器內(nèi)介質(zhì)壓力有的高于大氣壓力，有的低于大氣壓力。介質(zhì)壓力高于大氣壓的稱正壓，低于大氣壓的稱負(fù)壓。火力發(fā)電廠中處于正壓下工作的設(shè)備有：鍋爐汽包、蒸汽管路、給水管路等；處于負(fù)壓下工作的設(shè)備有：負(fù)壓燃燒爐膛、吸風(fēng)機(jī)前煙道及制粉系統(tǒng)等。壓力按壓力基準(zhǔn)

7、不同分為絕對壓力與表壓力。絕對壓力是指容器內(nèi)完全沒有壓力時(shí)作為壓力起點(diǎn)算起的壓力，為容器內(nèi)實(shí)際的壓力；表壓力是以大氣壓力為起點(diǎn)算起的壓力。表壓力有可能高于或低于大氣壓力。前者數(shù)值為正，后者數(shù)值為負(fù)。負(fù)壓有時(shí)稱真空，如凝汽器真空。上述壓力關(guān)系： 絕對壓力=大氣壓力+表壓力1.18 真空、真空度：真空：當(dāng)容器內(nèi)的壓力低于大氣壓力時(shí)，把低于大氣壓的部分叫真空。真空=大氣壓力絕對壓力用百分?jǐn)?shù)來表示真空值的大小，稱為真空度。真空度=×100%1.19 流量、平均流速、體積流量、質(zhì)量流量。流量：單位時(shí)間內(nèi)，通過與管內(nèi)液流方向相垂直的斷面的液體數(shù)量。其數(shù)量用體積表示，叫體積流量，用qv表示，單位m

8、3/s；其數(shù)量用質(zhì)量表示，叫質(zhì)量流量，用qm表示，單位kg/s。平均流速：流體在流過橫斷面時(shí)，其各點(diǎn)都具有相同的流速，在這個(gè)流速下，所流過的流量與同一斷面各點(diǎn)以實(shí)際流速流動時(shí)所流過的流量相當(dāng)，這個(gè)流速稱平均流速。記為c，單位為m/s。體積流量Q，等于平均流速c與管子橫斷面積A之積。qvcA m3/s質(zhì)量流量等于流體密度，平均流速c與管子斷面積A之連乘積。qm=r cA kg/s1.20 雷諾數(shù)、層流、紊流。在管道內(nèi)流動的流體有兩種流動狀態(tài)，即層流和紊流。層流：液體各質(zhì)點(diǎn)互不摻混的定向分層流動。流體質(zhì)點(diǎn)只沿管子作軸向運(yùn)動。紊流：液體的各質(zhì)點(diǎn)互相摻混的不定向流動。流體質(zhì)點(diǎn)不僅沿管子作軸向運(yùn)動，同時(shí)

9、作橫向流動。當(dāng)流體在管道內(nèi)的流速c與管道內(nèi)徑d的乘積再與流體的運(yùn)動粘度v比的值小于2320時(shí)，一定是層流流動；而大于104時(shí)，一定是紊流運(yùn)動；在2320與104之間時(shí)為層流向紊流過渡段，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：上式中： Re稱為雷諾數(shù)，單位m/s。1.21 水錘、正水錘、負(fù)水錘。液體在壓力管道中流動時(shí)，由于閥門的突然關(guān)閉、開啟或水泵突然停止而造成管道中水壓力反復(fù)急劇的變化并迅速衰減的現(xiàn)象，稱為水錘。水水錘產(chǎn)生的內(nèi)因是液體的慣性和壓縮性，外因是外部撓動（如大泵的啟停、閥門的開關(guān)等）。在管道上，由于閥門迅速關(guān)閉或水泵突然停止而引起水流速度迅速減小、壓力急劇升高的現(xiàn)象，稱為正水錘。正水錘所產(chǎn)生的壓力可達(dá)正常工

10、作壓力的幾十倍至幾百倍，以致于管壁產(chǎn)生很大的應(yīng)力。而壓力的反復(fù)變化將引起管道和設(shè)備的振動，管道的應(yīng)力交變變化，將造成管道、管件和設(shè)備的損壞。水錘的破壞作用在下述的情況下容易發(fā)生：水泵的排出管爬升高度較大、管道長、排水壓力不大，因而管道強(qiáng)度不高的情況下，當(dāng)遇到斷電，泵突然停止時(shí)，容易產(chǎn)生嚴(yán)重水錘。當(dāng)泵突然停轉(zhuǎn)時(shí)，大量的排水管道中的水，因受重力和壓力的作用而產(chǎn)生急劇的倒流現(xiàn)象，使泵前的逆止閥瞬間關(guān)閉，因而在排出管道中產(chǎn)生過高的壓力，嚴(yán)重時(shí)就會導(dǎo)致管道爆裂。管道上的閥門，由于迅速開大，流速急劇增大，使管道中壓力急劇下降而產(chǎn)生的水錘稱為負(fù)水錘。負(fù)水錘時(shí)，管道中的壓力降低，也會引起管路和設(shè)備振動。應(yīng)力交

11、遞變化，對設(shè)備有不利的影響。如壓力降得過低，可能使管中產(chǎn)生不利的真空，在外界壓力的作用下，會將管道擠扁。為預(yù)防水錘的危害，保證設(shè)備安全運(yùn)行，可采取以下措施：延長閥門的開閉時(shí)間可能縮短管道長度；在管道上裝設(shè)安全閥或空氣室，以限制壓力突然升高或壓力降得太低等；避免斷電事故的發(fā)生等。2. 理解：2.1 理解流體的、流動性、壓縮性、膨脹性、粘滯性。液體的流動性：是流體的基本特性，它是在流體自身重力或外力作用下產(chǎn)生的，也是流體容易通過管道輸送的原因。流體的壓縮性：流體體積的大小隨它所受壓力的變化而變化。作用在流體上的壓力增加，流體體積將縮小。流體的壓縮性：流體的體積隨溫度變化而變化，當(dāng)溫度升高時(shí)，體積膨

12、脹。流體的粘滯性：流體運(yùn)動時(shí)，流體間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)。內(nèi)摩擦力具有阻止運(yùn)動的性質(zhì)，是流體運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生能量損失的原因。氣體的粘滯性系數(shù)隨溫度的升高而升高，液體的粘滯性系數(shù)則隨溫度升高而降低。3. 領(lǐng)會：3.1 各不同壓力單位之間的換算：1MPa=103kPa=106Pa=106N/m210kgf/cm21kgf/cm2=10mh2O=0.1MPa3.2 水蒸汽流經(jīng)噴管后，壓力下降，溫度下降，速度增加，焓值減少。3.3 流體在管道中流動產(chǎn)生的阻力損失有沿程阻力損失和局部阻力損失。沿程阻力損失：沿程阻力是流體運(yùn)動時(shí)，由于液體質(zhì)點(diǎn)與管壁、液體質(zhì)點(diǎn)之間存在著相對運(yùn)動而產(chǎn)生摩擦，因而造成能量損失。沿程能頭

13、損失計(jì)算式如下：式中 沿程阻力系數(shù)；L管子長，m；d管子直徑，m；c平均流速，m/s；g重力加速度，m/s2。沿程阻力的影響因素：(1)流體運(yùn)動狀態(tài)；Re2320時(shí)，為層流流動；Re2320時(shí)，為紊流流動。(2)管子粗糙度；任何管子，由于材料、加工及腐蝕等因素的影響，管子壁面總是凹凸不平的。管壁的平均突出高度稱為管壁的絕對粗糙度。絕對粗糙度與管徑d之比，稱為相對粗糙度；管徑d與絕對粗糙度之比，稱為相對光滑度。顯然，相對光滑度越高，管子內(nèi)壁面越光滑。管內(nèi)流體作紊流運(yùn)動時(shí)，靠近管壁很薄的一層流體處于層流運(yùn)動狀態(tài)。這一層流體，稱為層流邊界層。如果層流邊界層的厚度大于絕對粗糙度，則管壁粗糙度不影響流動

14、阻力損失，這種管子稱為光滑管；若層流邊界層小于壁面的絕對粗糙度時(shí)，管壁的突出部分伸入到紊流中，流體流過突出部分之后形成旋渦，造成額外的能量損失，所以流動阻力與管子粗糙度有關(guān)，這種管子稱為粗糙管。層流邊界層的厚度是隨流速的增大而變薄。當(dāng)管子為光滑管時(shí)，隨流速的提高變小，使<時(shí)，光滑管就變成了粗糙管；反之，粗糙管也可以變成光滑管。(3)其他因素：流體的阻力與管路長度成正比，與管徑成反比。此外，流體阻力還受流體粘性的影響，當(dāng)流體粘性增加時(shí)，流體阻力增大。局部阻力損失：流體流經(jīng)管路附件時(shí)，出現(xiàn)突然擴(kuò)大或收縮時(shí)，形成渦流，產(chǎn)生較強(qiáng)烈的撞擊和摻混造成的能量損失稱為局部阻力損失。它與形成局部阻力損失的

15、附件形狀有關(guān)。局部能頭損失計(jì)算式為：式中 局部能頭損失，m；局部阻力系數(shù)；c平均流速，m/s。局部阻力系數(shù)是一個(gè)無量綱量，此系數(shù)的值與管件構(gòu)造的特點(diǎn)和在流體中形成渦流程度有關(guān)通常由實(shí)驗(yàn)的方法獲得，并可在專門的手冊中查到。如果在某一管路，有兩種以上的局部阻力，則總局部阻力系數(shù)等于各局部阻力系數(shù)之和。流體流過某一管路時(shí)，其總阻力等于沿程阻力與局部阻力之和。例題：有一臺離心泵，在吸水管上裝有彎頭一個(gè)，逆止閥及進(jìn)水網(wǎng)一個(gè)，設(shè)離心泵的吸水量qv0.016m3/s，吸水管道的直徑d=0.15m，管長L=10m，試求吸水管的總能頭損失。已知彎頭的局部阻力系數(shù)0.2，逆止閥及進(jìn)水網(wǎng)的局部阻力系數(shù)=6.0，沿程

16、阻力系數(shù)0.02。解：局部能頭損失：沿程能頭損失：總能頭損失：=0.2630.057=0.32 (mh2O)第二節(jié) 熱力學(xué)基礎(chǔ)知識工程熱力學(xué)是研究熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換規(guī)律的學(xué)科。1. 識記基本概念：1.1 工質(zhì)、溫度、壓力、比容、密度、內(nèi)能、焓、熵。工質(zhì)：熱機(jī)中熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種媒介物質(zhì)（如蒸汽、燃?xì)獾龋?，依靠它在熱機(jī)的狀態(tài)變化（如膨脹）才能獲得功?；痣姀S的工質(zhì)應(yīng)具有良好的膨脹性，流動性和熱力性能穩(wěn)定，其次還要求價(jià)廉、易取、無毒、無腐蝕性等。目前廣泛采用水蒸汽作為工質(zhì)。描寫工質(zhì)狀態(tài)特性的物理量稱為狀態(tài)參數(shù)。常用工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)有溫度、壓力、比容、焓、熵、內(nèi)能等?；緺顟B(tài)參數(shù)有溫度、壓力、比容。

17、溫度：衡量物體冷熱程度的物理量，也表示分子運(yùn)動的平均動能的大小。對溫度高低量度的標(biāo)尺稱為溫標(biāo)。常用溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)。二者換算關(guān)系為：t = T273.15()壓力：分子不規(guī)則運(yùn)動垂直作用于單位面積上的力。用Pa表示，1Pa=1N/m2；1mmH2O=9.81N/m2。內(nèi)能：氣體內(nèi)部分子運(yùn)動所形成的內(nèi)動能和由于分子相互之間的吸引力所形成的內(nèi)位能的總和。用U表示：U=mu式中 U mkg氣體的內(nèi)能；u1氣體的內(nèi)能。氣體的內(nèi)動能與溫度有關(guān)，內(nèi)位能與比容有關(guān)。比焓：在某一狀態(tài)下單位質(zhì)量工質(zhì)比容為v，所受壓力為p，該工質(zhì)必須具備pv的壓力位能。單位質(zhì)量工質(zhì)的內(nèi)能和壓力位能之和稱為比焓，符號h，

18、單位J/kg。定義式：對于mkg的工質(zhì)，其內(nèi)能和壓力位能之和稱為焓，單位kJ。定義式為：式中 H焓，J；U內(nèi)能，J；P壓力，Pa；V體積，m3。由上式可看出，工質(zhì)的狀態(tài)一定，則內(nèi)能U及pv一定，焓一定，即焓僅由狀態(tài)參數(shù)決定，故焓也是狀態(tài)參數(shù)。熵：是氣體的重參數(shù)之一。在沒有摩擦的平衡過程中，單位質(zhì)量的工質(zhì)吸收的熱量與工質(zhì)吸熱時(shí)的絕對溫度T的比值叫熵的增加量。表達(dá)式為：熵的單位是J/(·K)，在可逆過程中：0，熵增加，表示氣體進(jìn)行吸熱過程；0，熵減少，表示氣體進(jìn)行放熱過程；= 0，熵不變，表示氣體經(jīng)歷絕熱過程。狀態(tài)參數(shù)熵在動力工程中的的作用：1) 利用熵的變化，判斷工質(zhì)與外界熱交換的方向

19、性；2) 熵與熱力學(xué)溫度組成的示熱圖，可以表示1工質(zhì)在任意過程中所吸收（或放出）的熱量。3) 利用熵增的原理，判定自發(fā)的，不可逆過程所進(jìn)行的方向和程度。4) 利用熵增大小分析工質(zhì)做功能力損失。1.2 熱量：溫度不同的兩個(gè)物體互相接觸時(shí)，高溫物體逐漸變冷，低溫物體逐漸變熱。顯然有一部分熱能從高溫物體傳給了低溫物體，兩個(gè)物體間所傳遞的這個(gè)熱能稱為熱量。單位質(zhì)量的物質(zhì)傳遞的熱量用符號表示，單位為/。一定質(zhì)量的物質(zhì)傳遞的熱量用符號Q表示，單位為kJ。熱力工程上規(guī)定：系統(tǒng)吸熱時(shí)，熱量為正值；系統(tǒng)放熱時(shí)，熱量為負(fù)值。1.3 比熱容：單位數(shù)量（質(zhì)量或或容積）經(jīng)物質(zhì)溫度升高（或降低）1吸收的熱量稱為氣體的單位

20、熱容量，簡稱氣體的比熱也稱比熱容。比熱表示了單位數(shù)量的物質(zhì)容納或貯存熱量的能力。質(zhì)量比熱容用“c”表示，單位為J/（·）。 影響比熱容的主要因素有溫度和加熱條件，一般說來，隨溫度的升高，物質(zhì)比熱容的數(shù)值也增大；定壓加熱的比熱容大于定容加熱的比熱容。此外，分子中原子數(shù)目、物質(zhì)性質(zhì)、氣體的壓力等因素也會對比熱容產(chǎn)生影響。1.4 熱容量：質(zhì)量為m的物質(zhì)，溫度升高(或降低)1所吸收(或放出)的熱量稱為該物質(zhì)的熱容。熱容C=mc，熱容的大小等于物體質(zhì)量與比熱的乘積，熱容與質(zhì)量有關(guān)，比熱容與質(zhì)量無關(guān)。對于相同質(zhì)量的物體，比熱容大的熱容大；對于同一物質(zhì)，質(zhì)量大的熱容大。1.5 等容過程、等溫過程、

21、等壓過程、絕熱過程。等容過程：容積（比容）保持不變的情況下進(jìn)行的過程。等溫過程：溫度不變的情況下進(jìn)行的熱力過程。等壓過程：工質(zhì)的壓力保持不變的過程。絕熱過程：在與外界沒有熱量交換情況下所進(jìn)行的過程。1.6 汽化、凝結(jié)、汽水動態(tài)來衡、飽和狀態(tài)、飽和水、飽和壓力、飽和溫度。汽化：物質(zhì)從液態(tài)變成汽態(tài)的過程。分為蒸發(fā)和沸騰兩種形式。蒸發(fā)：液體表面在任何溫度下進(jìn)行的比較緩慢的汽化現(xiàn)象。沸騰：液體表面和內(nèi)部同時(shí)進(jìn)行的劇烈的汽化現(xiàn)象。凝結(jié)：物質(zhì)從氣態(tài)變成液態(tài)的現(xiàn)象，也叫液化。水蒸汽凝結(jié)的特點(diǎn)：l 一定壓力下的水蒸汽，必須降到該壓力所對應(yīng)的凝結(jié)溫度才開始凝結(jié)成液體。這個(gè)凝結(jié)溫度叫液體沸點(diǎn)，壓力降低，凝結(jié)溫度隨

22、之降低，反之則凝結(jié)溫度升高。l 在凝結(jié)溫度下，水從水蒸汽中不斷吸收熱量，則水蒸汽可以不斷凝結(jié)成水、并保持溫度不變。汽水動態(tài)平衡：一定壓力下汽水共存的密封容器內(nèi)，液體和蒸汽的分子在不停地運(yùn)動，有的跑出液面，有的返回液面。當(dāng)從水中飛出分子數(shù)目等于因相互碰撞而返回水中的分子數(shù)時(shí)，這種狀態(tài)稱為汽水動態(tài)平衡。飽和狀態(tài)：處于動態(tài)平衡的汽、液共存的狀態(tài)。飽和溫度：在飽和狀態(tài)時(shí)，液體和蒸汽的溫度相同，這個(gè)溫度稱為飽和溫度；飽和壓力：液體和蒸汽的壓力也相同，該壓力稱為飽和壓力。飽和水：飽和狀態(tài)的水稱為飽和水；飽和蒸汽：飽和狀態(tài)下的蒸汽稱為飽和蒸汽。飽和壓力隨飽和溫度升高而增高：溫度升高，分子的平均動能增大，從水

23、中飛出的分子數(shù)目越多，因而使汽側(cè)分子密度增大。同時(shí)蒸汽分子的平均運(yùn)動速度也隨著增加，這樣就使得蒸汽分子對器壁的碰撞增強(qiáng)，其結(jié)果使得壓力增大，所以說，飽和壓力隨飽和溫度升高而增高。濕飽和蒸汽：在水達(dá)到飽和溫度后，如定壓加熱，則飽和水開始汽化，在水沒有完全汽化之前，含有飽和水的蒸汽叫濕飽和蒸汽，簡稱濕蒸汽。干飽和蒸汽：濕飽和蒸汽繼續(xù)在定壓條件下加熱，水完全汽化成蒸汽時(shí)的狀態(tài)叫干飽和蒸汽。過熱蒸汽：干飽和蒸汽繼續(xù)定壓加熱，蒸汽溫度上升而超過飽和溫度時(shí)，就變成過熱蒸汽。干度：1濕蒸汽中含有干蒸汽的重量百分?jǐn)?shù)叫做干度，用符號x，表示x =干蒸汽的重量濕蒸汽的重量干度是濕蒸汽的一個(gè)狀態(tài)參數(shù)，它表示濕蒸汽的

24、干燥程度；x值越大，則蒸汽越干燥。濕度：1kg濕蒸汽中含有飽和水的重量百分?jǐn)?shù)稱為濕度，以符號(1x)表示。1.7 水蒸汽的產(chǎn)生過程：水蒸氣是電廠中的主要工作物質(zhì)，它是水在鍋爐中進(jìn)行定壓加熱產(chǎn)生的，如圖1其形成過程是：如圖2所示，取1kg 0水，裝在帶有活塞的汽缸中，設(shè)活塞上承受一個(gè)不變的壓力p，此時(shí)水溫低于壓力p下的飽和溫度，稱之為未飽和水，它對應(yīng)于坐標(biāo)圖上d點(diǎn)。對未飽和水加熱，隨著水的溫度升高，其比容也增大，因水的膨脹性很小，故比容變化不明顯。當(dāng)水溫升高到飽和溫度時(shí)，水內(nèi)部發(fā)生汽化，此時(shí)的水為飽和水，對應(yīng)坐標(biāo)圖中b點(diǎn)。若對飽和水繼續(xù)加熱，汽缸中的水不斷地變?yōu)檎羝沟闷吭黾佣繙p少。這時(shí)

25、水和汽的溫度都不變，仍然等于飽和溫度，此時(shí)汽缸中的汽水混合物稱為濕飽和蒸汽，對應(yīng)于圖中的x點(diǎn)。對濕蒸汽繼續(xù)加熱至某一瞬間，如圖中c點(diǎn)所示，汽缸中最后一滴水也變成了蒸汽，這種不含水分的飽和蒸汽稱為干飽和蒸汽。對干飽和蒸汽繼續(xù)加熱，蒸汽溫度高于相應(yīng)壓力下的飽和溫度，此時(shí)的蒸汽稱為過熱蒸汽。對1kg水加熱，直至其變?yōu)檫^熱蒸汽所需要的熱量，可采用過熱蒸汽的焓減去未飽和水的焓求得，即：式中 q吸熱量，kJ/kg；h過熱蒸汽焓，kJ/kg；h0未飽和水焓，kJ/kg。圖1 圖1 水蒸汽定壓形成過程的pv圖圖1 水蒸汽定壓形成過程的Ts圖1.8 熱力循環(huán)、循環(huán)的熱效率。熱力循環(huán)：工質(zhì)從某一狀態(tài)點(diǎn)開始，經(jīng)過一

26、系列的狀態(tài)變化又回到原來這一狀態(tài)點(diǎn)的封閉變化過程叫做熱力循環(huán)，簡稱循環(huán)。循環(huán)熱效率：工質(zhì)每完成一個(gè)循環(huán)所做的凈功w和工質(zhì)在循環(huán)中從高溫?zé)嵩次盏臒崃縬的比值叫做循環(huán)熱效率，即：循環(huán)的熱效率說明了循環(huán)中熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ某潭龋礁?，說明工質(zhì)從熱源吸收的熱量中轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ牟糠志驮蕉?，反之轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ牟糠衷缴佟?.9 水擊。水擊，是指蒸汽或汽水混合物進(jìn)入比其飽和溫度低的水中產(chǎn)生蒸汽驟然凝結(jié)時(shí)發(fā)出敲擊聲并產(chǎn)生振動的現(xiàn)象。其物理過程是蒸汽或汽水混合物以一定的速度沖入冷水中形成許多汽泡，這些汽泡遇冷急劇凝結(jié)形成高真空，同時(shí)周圍的水以很高的速度向真空區(qū)沖去，形成強(qiáng)烈的沖擊，其局部壓力可高達(dá)幾十個(gè)兆帕(幾百個(gè)大氣壓)，

27、同時(shí)產(chǎn)生很大的響聲和振動。1.10 節(jié)流。節(jié)流：工質(zhì)在管道內(nèi)流動時(shí)，由于流道截面積突然縮小，使工質(zhì)的壓力降低，流速增高，這種現(xiàn)象稱為節(jié)流。2. 理解：2.1 朗肯循環(huán)。朗肯循環(huán)是由蒸汽鍋爐（省煤器、水冷壁、過熱器）、汽輪機(jī)、凝汽器和給水泵組成。如下圖：朗肯循環(huán)的工作過程：給水進(jìn)入鍋爐的省煤器、水冷壁定壓下加熱生成飽和蒸汽，然后在過熱器中定壓加熱成過熱蒸汽，其吸收的熱量等于過熱蒸汽的焓與給水的焓之差，即；過熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)絕熱膨脹做功，在汽輪機(jī)中轉(zhuǎn)變?yōu)榕蛎浌Φ臒崃康扔谶^熱蒸汽焓與乏汽焓之差，即；最后蒸汽排入凝汽器定壓放熱冷凝成水，放熱量為。朗肯循環(huán)中有效熱等于鍋爐中吸收的熱與在凝汽器中放出的熱量

28、之差，即：，凝結(jié)水焓與給水焓相等。這樣朗肯循環(huán)效率為：式中 朗肯循環(huán)效率；1kg蒸汽在汽輪機(jī)中轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臒?，也稱焓降，kJ/kg；1kg蒸汽在鍋爐中定壓吸收的熱量，kJ/kg。朗肯循環(huán)效率等于汽輪機(jī)中轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ挠杏脽崤c鍋爐吸收的總熱量之比。蒸汽參數(shù)對朗肯效率的影響：初溫初壓對效率的影響：由右邊式子可知：在背壓(乏汽壓力)一定的情況下，其凝結(jié)水焓不變，提高鍋爐的初始壓力、溫度后，過熱蒸汽焓將提高，由下式可知，即：鍋爐的吸熱量隨鍋爐參數(shù)提高而增加；另一方面由于背壓不變，則乏汽向冷凝汽排放的熱量亦不變，因而 的比值將變小，顯然，朗肯循環(huán)效率隨蒸汽初參數(shù)的提高而提高，這就是隨著鍋爐的發(fā)展，蒸汽初參數(shù)不

29、斷提高的原因。2.2 卡諾循環(huán)的概念；卡諾循環(huán)是由等溫吸熱(12)、絕熱膨脹(23)、等溫放熱(34)和絕熱壓縮(41)四個(gè)可逆過程組成的一個(gè)可逆循環(huán)。從得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：(1)卡諾循環(huán)的熱效率決定于熱源溫度T1，和冷源溫度T2，而與工質(zhì)性質(zhì)無關(guān)，提高T1，降低T2，可以提高循環(huán)熱效率。(2)卡諾循環(huán)熱效率只能小于1，而不能等于1，因?yàn)橐筎1=(無窮大)或T2=0(絕對零度)都是不可能的。也就是說，q2損失只能減少，而無法避免。(3)當(dāng)T1=T2時(shí)，卡諾循環(huán)的熱效率為零。也就是說，在沒有溫差的體系中，無法實(shí)現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的熱力循環(huán)，或者說，只有一個(gè)熱源裝置而無冷卻裝置的熱機(jī)是無法實(shí)現(xiàn)的。

30、2.3 熱力學(xué)第零定律；熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律。1) 熱力學(xué)第零定律若兩個(gè)熱力系分別與第三個(gè)熱力系平衡時(shí)，那么，這兩個(gè)熱力系彼此也處于熱平衡。這是熱力學(xué)的一個(gè)基本實(shí)驗(yàn)結(jié)果，稱為熱力學(xué)第零定律。熱力學(xué)第零定律；說明一切系統(tǒng)必定有一個(gè)共同的表征宏觀熱狀況的狀態(tài)參數(shù)。對于所有處于熱平衡的系統(tǒng)，該參數(shù)具有相同的數(shù)值，這個(gè)狀態(tài)參數(shù)就是溫度。熱力學(xué)第零定律還指出了比較和測量溫度的可能性。當(dāng)比較兩個(gè)熱力系的溫度時(shí)，不必將它們互相接觸，而只要用第三個(gè)熱力系分別與上述兩個(gè)熱力系接觸，則可比較它們的溫度，這第三個(gè)熱力系就是測量溫度的溫度計(jì)。溫度計(jì)的溫度數(shù)值表示法稱為溫標(biāo)。2) 熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定

31、律熱力學(xué)第一定律和第二定律是熱力工程上很重要的兩個(gè)基本定律。在熱力工程上，熱力學(xué)第一定律主要是說明熱能與機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換和總量守恒。表述為：“熱可以變功(機(jī)械能)，功也可以變熱，一定數(shù)量的熱逍失，必產(chǎn)生一定數(shù)量的功；反之，一定數(shù)量的功消失，必產(chǎn)生與之對應(yīng)的一定數(shù)量的熱。熱功之間的當(dāng)量關(guān)系，用數(shù)學(xué)形式表達(dá)為：Q = W式中：Q熱量；W表示功。m kg氣體所做的功，單位用kJ表示，但功率的單位為W或kW。它們之間關(guān)系：1W=1J/s ； 1kW=1kJ/s。工程上習(xí)慣將功的單位用kW·h表示，kW·h與 kJ的換算關(guān)系為：1 kW·h3600 kJ熱力學(xué)第二定律著重

32、說明熱功轉(zhuǎn)換的方向、條件和深度問題。其表述方法很多，這里介紹開爾文普朗特說法：“不可能制造成只從一個(gè)熱源取得熱量，使之完全變成功，而不引起其它變化的發(fā)動機(jī)?！贝苏f法可理解為：熱轉(zhuǎn)換為功是非自發(fā)過程，實(shí)現(xiàn)這種過程需要有一定的補(bǔ)充條件。也就是說熱機(jī)工作時(shí)，不僅要有供吸熱用的熱源，而且還需要有供放熱用的冷源。在熱變功的同時(shí)，必定有一部分熱要從熱源傳至冷源，熱機(jī)的效率一定小于100。因而要想制造出效率為100的熱機(jī)是絕對不可能的。3. 領(lǐng)會：3.1 熱量、熱能、內(nèi)能的區(qū)別和聯(lián)系。熱量是熱能傳遞的量度；熱能是組成工質(zhì)內(nèi)部熱運(yùn)動所具有的能量；內(nèi)能在熱力學(xué)中是儲存在工質(zhì)內(nèi)部的熱能（僅是內(nèi)動能和內(nèi)位能產(chǎn)總和）

33、。熱量和內(nèi)能都是與熱能有關(guān)的量。3.2 功與熱量的共性。功與熱量的共性在于：都是能量轉(zhuǎn)換或傳遞的量度，都是與過程有關(guān)的量，不是狀態(tài)量。3.3 工質(zhì)節(jié)流前、后的狀態(tài)參數(shù)變化。節(jié)流前、后工質(zhì)的焓值不變，壓力降低，溫度降低，熵和比容都增加；絕大多數(shù)濕蒸汽節(jié)流后，干度增加。濕飽和蒸汽節(jié)流后可以變?yōu)楦娠柡驼羝?；干飽和蒸汽?jié)流后可以變?yōu)檫^熱蒸汽。蒸汽在節(jié)流前后雖然焓值不變，但因熵增加，使蒸汽的品質(zhì)下降，做功能力減小。3.4 節(jié)流過程不等焓，節(jié)流前后焓值相等。節(jié)流過程不是等焓過程。節(jié)流前，后焓值相等所依據(jù)的條件之一是節(jié)流前后流量不變，且滿足于遠(yuǎn)離節(jié)流孔處才近似正確。事實(shí)上氣流在節(jié)流孔處速度變化很大，焓值是降

34、低的，此焓降用來增加氣流的動能，并使它變成渦流與擾動。而渦流與擾動的動能又轉(zhuǎn)化為熱能，重新被氣流吸收，使焓值又恢復(fù)到節(jié)流前的數(shù)值。所以，節(jié)流前、后雖然焓值相等，但節(jié)流過程不是一個(gè)等焓過程。3.5 節(jié)流在熱力工程上的應(yīng)用：1) 利用節(jié)流減小汽輪機(jī)汽封系統(tǒng)中蒸汽的泄漏量；2) 利用節(jié)流來測定蒸汽、給水的流量；3) 利用節(jié)流調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的功率。3.6 理想氣體、實(shí)際氣體、理想的狀態(tài)方程式。4) 理想氣體：氣體分子間不存在引力，分子本身不占有體積的氣體叫理想氣體。5) 實(shí)際氣體：氣體分子間存在著引力分子本身占有體積的氣體叫實(shí)際氣體。在火力發(fā)電廠中，空氣、燃?xì)狻煔饪梢宰鳛槔硐霘怏w看待，因?yàn)樗鼈冞h(yuǎn)離液態(tài)，

35、與理想氣體的性質(zhì)很接近。在蒸汽動力設(shè)備中，作為工質(zhì)的水蒸氣，因其壓力高，比容小，即氣體分子間的距離比較小，分子間的吸引力也相當(dāng)大，離液態(tài)接近，所以水蒸氣應(yīng)作為實(shí)際氣體看待。6) 理想氣體狀態(tài)方程式：當(dāng)理想氣體處于平衡狀態(tài)時(shí)，在確定的狀態(tài)參數(shù)P、v、T之間存在著一定的關(guān)系，即：1kg理想氣體狀態(tài)方程式。表達(dá)式為：如果氣體質(zhì)量為mkg，則氣體狀態(tài)方程式為：式中 p氣體的絕對壓力，N/m2；T氣體的絕對溫度，K；R氣體常數(shù)，J/(kg·K)；V氣體的體積，m3。氣體常數(shù)R與狀態(tài)無頭，但對不同的氣體卻有不同的氣體常數(shù)。例如，空氣的R=287 J/(kg·K)；氧氣的R=259.8

36、J/(kg·K)。第三節(jié) 傳熱學(xué)基礎(chǔ)知識傳熱學(xué)是一門研究熱量傳遞規(guī)律的學(xué)科。1. 識記基本概念：1.1 傳熱過程、熱交換、熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射、黑體、黑度、溫度場。傳熱過程：熱量從熱流體通過固體壁面?zhèn)鬟f給冷流體的過程。熱量傳遞有三種基本方式：導(dǎo)熱、對流和熱輻射。熱交換：由于溫度的不同而引起的兩物體產(chǎn)或一個(gè)物體內(nèi)各部分之間熱量傳遞的過程。熱傳導(dǎo)：指直接接觸的物體各部分間的熱交換過程，簡稱導(dǎo)熱。如鍋爐各受熱面管壁，爐墻、保溫層等的熱量傳遞。熱對流：流體流過壁面時(shí)同壁面之間產(chǎn)生的熱量交換現(xiàn)象。熱輻射：凡是溫度高于0K的物體總是不斷地把熱能變?yōu)檩椛淠?，向外發(fā)現(xiàn)熱輻射。熱輻射的電磁波是物體內(nèi)

37、部微觀粒子的熱運(yùn)動狀態(tài)改變時(shí)激發(fā)出來的。輻射力：單位時(shí)間內(nèi)，物體單位表面積對外輻射的能量叫輻射力。黑體：輻射能力最強(qiáng)的輻射體稱為黑體。黑度：反映物體表面輻射能力強(qiáng)弱的物理量，與物體種類、表面狀態(tài)等有關(guān)，稱為黑度。溫度場：在某一瞬間，空間所有點(diǎn)的溫度分布的總稱叫溫度場。不隨時(shí)間而變的溫度場稱為穩(wěn)定溫度場；而隨時(shí)間變化的溫度場稱為不穩(wěn)定溫度場。在溫度場中，同一瞬間溫度相同的點(diǎn)（稱為等溫點(diǎn)）所組成的面稱為等溫面，一切等溫面或者形成封閉的曲面，或者終止于物體的邊緣。由等溫點(diǎn)所連成的線稱為等溫線。等溫面上的線都是等溫線。1.2 加熱器、表面式加熱器、混合式加熱器。火力發(fā)電廠的熱交換設(shè)備對完成回?zé)嵫h(huán)，減

38、少汽、水損失和熱量損失，提高發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性，起著很重要的作用。換熱器：能進(jìn)行熱量交換的設(shè)備，如高、低壓加熱器，凝汽器，省煤器，空氣預(yù)熱器等。按照傳熱方式不同可分為表面式加熱器和混合式加熱器兩大類?；旌鲜郊訜崞鳎菏莾煞N介質(zhì)在加熱器內(nèi)相互摻混直接傳熱，被加熱的介質(zhì)(給水)可達(dá)到加熱蒸汽壓力下的飽和溫度，不存在傳熱端差，充分利用了加熱蒸汽的熱量，提高了發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性。混合式加熱器優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單、造價(jià)低，便于收集不同溫度的疏水，有可能完全除掉水中的氣體等。缺點(diǎn)：由于進(jìn)入加熱器內(nèi)的蒸汽和水的壓力相等，因而需要在每一個(gè)混合式加熱器后邊設(shè)置水泵，才能將水送至下級較高壓力的加熱器，因而系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備增多。

39、為了保證水泵的進(jìn)水量，必須在每個(gè)水泵前裝設(shè)一個(gè)有一定容積的水箱，才能保持水泵入口具有必要的水頭，以防止水泵產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。為保持水泵入口具有必要的壓力，混合式加熱器的水箱必須距水泵入口處有一定高度，這就使電廠在設(shè)備布置上增加了困難，同時(shí)也增加了廠房的造價(jià)。因此，混合式加熱器在發(fā)電廠中得不到普遍采用，只是用來作為鍋爐給水除氧器。表面式加熱器：兩種介質(zhì)之間的熱量傳遞是通過金屬表面來實(shí)現(xiàn)的。汽輪機(jī)抽汽或其它熱源在加熱器中放熱，通過受熱面金屬壁將熱量傳遞給管內(nèi)的凝結(jié)水或給水。缺點(diǎn)：由于管壁存在熱阻，給水不可能被加熱到加熱蒸汽壓力下的飽和溫度，不可避免地要存在著傳熱端差。所以表面式加熱器的熱經(jīng)濟(jì)性比混合式

40、加熱器低。加熱器的傳熱端差是加熱蒸汽壓力下的飽和溫度與加熱器給水出口溫度之差。加熱器的端差愈小，則加熱器的熱經(jīng)濟(jì)性愈高。減小加熱器端差的方法：增大加熱器的加熱面積；在加熱器結(jié)構(gòu)上作改進(jìn)，充分地利用蒸汽的過熱度，在加熱器給水出口處對給水進(jìn)行加熱。以上兩種減小加熱器端差的措施都使加熱器的造價(jià)提高，增加了電廠建設(shè)投資。合理的加熱傳熱端差應(yīng)在對機(jī)組的燃料消耗和設(shè)備折舊費(fèi)用進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)分析后確定。目前我國制造的加熱器的端差一般為37，在設(shè)計(jì)高壓加熱器時(shí)，端差一般取為3，低壓加熱器端差取為5。表面式加熱器除了熱經(jīng)濟(jì)性較差外，還有金屬消耗量大，造價(jià)高，加熱器本身安全可靠性較差，需要配置疏水排出器，增加疏水排

41、出管道等缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：表面式加熱器組成的回?zé)嵯到y(tǒng)比混合式加熱器組成的回?zé)嵯到y(tǒng)簡單，運(yùn)行也較可靠，并且在運(yùn)行中監(jiān)視工作量也較小。還能使加熱與被加熱介質(zhì)彼此分開，保證加熱蒸汽的凝結(jié)水回收。因此在現(xiàn)代電廠中表面式加熱器得到廣泛應(yīng)用。表面式加熱器可分為以下幾類：(1)按加熱介質(zhì)分為汽、水加熱器和水加熱器。(2)按加熱器的加熱面布置和構(gòu)造分直管式加熱器和彎管式加熱器，直管式的構(gòu)造以活動管板構(gòu)成，而彎管式的構(gòu)造則做成U形管或螺旋管的形式。(3)按加熱器的放置分為立式或臥式加熱器。(4)按加熱器的加熱參數(shù)分為低壓加熱器和高壓加熱器。(5)按冷、熱流體的流動方向可分順流式、逆流式、叉流式、混合式四種。立式表面式

42、加熱器便于檢修、占地面積小，已在發(fā)電廠中得到了普遍使用。臥式表面式加熱器，其特點(diǎn)是傳熱效果好。當(dāng)蒸汽在管于外表面凝結(jié)而形成水膜時(shí)，水膜在管子外表面聚集越厚則管壁的傳熱效果下降越大。根據(jù)理論分析和實(shí)踐證明，臥式管于外表面的水膜比立式管子外表面的水膜薄。在立式加熱器中，蒸汽沿管子橫向流動的同時(shí)又作垂直向下流動，因而水膜沿著汽流方向也越來越厚，影響了傳熱效果。以單管為例，在凝結(jié)情況相同時(shí)，橫管的放熱系數(shù)是豎管放熱系數(shù)的1.7倍。在臥式加熱器的管束中其凝結(jié)水由上排流向下排，使下排管子表面的水膜聚積得比較厚，放熱系數(shù)也相應(yīng)降低，但總的來說，臥式的換熱效果要比立式的好。臥式加熱器在結(jié)構(gòu)上除了便于布置蒸汽冷

43、卻段和凝結(jié)段以外，還便于布置疏水冷卻段，有利于進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。此外，臥式與立式加熱器相比較，臥式加熱器在安裝和檢修中，在吊出和裝入管束芯子時(shí)不夠方便，占地面積大，在廠房設(shè)備布置時(shí)有一定困難。1.3 傳熱系數(shù)、絕熱材料、熱導(dǎo)率。傳熱系數(shù)：工程上將冷熱流體溫差為1時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)，單位面積上所傳遞的熱量叫傳熱系數(shù)。熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）：在數(shù)值上等于單位溫度梯度作用下物體內(nèi)所產(chǎn)生的熱流密度，反映了物體的導(dǎo)熱能力，與材料的種類、溫度有關(guān)。絕熱材料：習(xí)慣上將熱導(dǎo)率小于0.23W/(m·K)的材料稱為絕熱材料。2. 理解：2.1 黑度取決于材料的熱輻射性能，與溫度及表面狀況有關(guān)。2.2 傳熱量

44、與傳熱系數(shù)、傳熱面積、冷熱流體間的溫差成正比例關(guān)系。3. 領(lǐng)會：3.1 熱流密度與兩側(cè)壁溫差正比，與壁面厚度成反比；3.2 運(yùn)行中對于外壁敷有灰層和內(nèi)壁結(jié)垢的管子，降低了熱流密度，可能引起管壁超溫，采取吹灰和改善給水品質(zhì)的方法解決。3.3 增強(qiáng)傳熱的方法有：1、提高傳熱系數(shù)；2、在傳熱面上加肋片；3、換熱面的合理安排和清洗。3.4 鍋爐水冷壁的傳熱過程；高溫?zé)煔饨?jīng)輻射、對流換熱給水冷壁管外壁經(jīng)導(dǎo)熱給水冷壁管內(nèi)壁經(jīng)對流換熱使管內(nèi)的水變成汽水混合物。3.5 鍋爐爐墻的散熱過程；第四節(jié) 電廠金屬材料基礎(chǔ)知識1. 識記以下概念：1.1 金屬的使用性能和工藝性能。使用性能：材料的物理、化學(xué)性能和力學(xué)性能

45、；工藝性能：指金屬的鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能和切削性能。金屬材料適應(yīng)冷熱加工的能力，稱為工藝性能。1.2 金屬的鑄造性能、鍛造性能、彎曲性能。鑄造性能：液體金屬澆注成型的能力。它包括流動性、收縮率和偏析傾向等。流動性是指金屬對鑄型填充的能力。收縮率是指鑄件冷凝過程中體積的減少率，稱為體積收縮率。金屬自液態(tài)凝結(jié)成固態(tài)時(shí)體積要減少，使鑄件形成縮孔鑄件或鑄錠集中的孔洞和疏松（數(shù)量很多而分散的小縮孔），即形成集中或分散的孔洞，嚴(yán)重影響金屬零件的質(zhì)量。鑄件冷凝時(shí)，由于種種原因會造成化學(xué)成分的不均勻，叫做偏析。偏析使整體沖擊韌性降低，質(zhì)量變壞。縮孔、疏松和偏析等鑄造缺陷都是不允許產(chǎn)生的，在

46、生產(chǎn)過程中應(yīng)予以消除。鍛造性能：重要零件是毛坯往往要經(jīng)過鍛造工序，如汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的主軸、輪轂、葉片、在型水泵和磨煤機(jī)的主軸、齒輪等。材料承受鍛壓成型的能力，稱為可鍛性。金屬的鍛造性能可用金屬的塑性和變形抗力（強(qiáng)度）來衡量。 金屬的鍛造性能可用金屬的塑性和變形抗力(強(qiáng)度)來衡量。金屬承受鍛壓時(shí)變形程度大而不產(chǎn)生裂紋，其鍛造性能就好。換句話說，金屬承受鍛壓時(shí)變形抗力(變形時(shí)抵抗外力的大小)越小，即鍛壓時(shí)消耗的能量越小時(shí)，其鍛造性能就越好。金屬的鍛造性能取決于材料的成分、組織和加工條件，如鍛造溫度(始鍛、終鍛溫度)、變形速度、應(yīng)力狀態(tài)等加工條件。通常碳鋼具有較好的可鍛性，低碳鋼的可鍛性最好。隨著含

47、碳量的增加，鋼的可鍛性降低。合金鋼的可鍛性略遜于碳鋼。一般情況下，合金鋼中合金元素含量越多，其可鍛性越差。鑄鐵則不能承受鍛造加工。彎曲性能：材料承受彎曲而不出現(xiàn)裂紋的能力，稱為彎曲性能。它取決于材料的塑性和強(qiáng)度。電廠鍋爐蒸汽管道彎頭和水冷壁管道彎頭是經(jīng)過冷熱彎曲成型的。一般用彎曲角度或彎心直徑與材料厚度的比值來衡量彎曲性能。1.3 金屬的可焊性、碳當(dāng)量。焊接性能在電廠中有大量金屬結(jié)構(gòu)件是用焊接方法連接的，如鍋爐管道、支架、蒸汽導(dǎo)管、輸粉管道、風(fēng)管、汽包、聯(lián)箱等。金屑材料采用一定的焊接工藝、焊接材料及結(jié)構(gòu)形式，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的能力，稱為金屬的焊接性，也稱為可焊性。金屬的焊接性能主要取決于材料的

48、化學(xué)成分，也取決于所采用的焊接方法、焊接材料(焊條、焊絲、焊藥)、工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)形式等。衡量一種材料的焊接性，需要做焊接性試驗(yàn)，其方法是按國家標(biāo)準(zhǔn)焊接成十字形試樣，再切片檢驗(yàn)或做力學(xué)性能試驗(yàn)。鋼的焊接性還可用碳當(dāng)量方法進(jìn)行估算。影響鋼的焊接性能的主要因素是鋼的含碳量，隨著含碳量的增加，焊后產(chǎn)生裂紋的傾向增大。鋼中其它合金元素的影響相應(yīng)小些。將合金元素對焊接性的影響都折合成碳的影響，即為碳當(dāng)量，用符號Ce表示。其計(jì)算公式為：式中，C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu為鋼中該元素的百分含量。當(dāng) Ce0.4時(shí)，焊接性優(yōu)良，焊接時(shí)可不預(yù)熱。Ce=0.40.6時(shí)，焊接性較差，焊接時(shí)需采用適當(dāng)預(yù)熱等工藝措

49、施。Ceo.6時(shí)，焊接性很差，焊接時(shí)需采用較高預(yù)熱溫度和較嚴(yán)格的工藝措施。金屬材料的熱加工性能還包括熱處理性能，如淬透性、淬硬性等。1.4 金屬的切削性能、力學(xué)性能、強(qiáng)度、塑性、硬度。切削性能：金屬零件往往要經(jīng)過機(jī)械加工成型，如車、銑、刨、磨、鉆、鏜等。金屬材料承受切削加工的難易程度：稱為切削性能。切削性能包括能否得到高的切削速度，是否容易斷屑，能否獲得較高的光潔度，表，面質(zhì)量如何等。金屬的切削性能與材料及切削條件有關(guān)，如純鐵很容易切削，但難以獲得較高的光潔度；不銹鋼可在普通車床上加工，但在自動車床上，卻難以斷屑，屬于難加工材料。通常，材料硬度低時(shí)切削性能較好，但是對于碳鋼來說，硬度如果太低時(shí)

50、，容易出現(xiàn)“粘刀”現(xiàn)象，光潔度也較差。一般情況下，金屬承受切削加工時(shí)的硬度在HB170230之間為宜。金屬材料的力學(xué)性能：力學(xué)性能是指金屬材料在在外力作用下，所表現(xiàn)出來的抵抗變形和破壞的能力以及接受變形的能力，也稱為力學(xué)性能。機(jī)械設(shè)備能否安全運(yùn)行，在很大程度上取決于金屬材料的力學(xué)性能。金屬在常溫時(shí)的力學(xué)性能指標(biāo)有強(qiáng)度、塑性、韌性、硬度、斷裂韌性等。這些性能指標(biāo)均是通過一定的試驗(yàn)方法測試出來的。強(qiáng)度：強(qiáng)度是指金屬在受到外力作用時(shí)，抵抗變形和破壞的能力。金屬材料由于受力、變形及破壞情況不同，強(qiáng)度可分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度等。由于某些特殊用途的輕質(zhì)高強(qiáng)度材料的出

51、現(xiàn)，又出現(xiàn)比強(qiáng)度(強(qiáng)度比重)的概念。電廠設(shè)備在幾百攝氏度的高溫下運(yùn)行，金屬還有高溫強(qiáng)度等。按照國家標(biāo)準(zhǔn)對材料進(jìn)行各種破壞性試驗(yàn)(如拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、疲勞試驗(yàn)等)，可測得金屬相應(yīng)的強(qiáng)度指標(biāo)。這些試驗(yàn)中最常用的是拉伸試驗(yàn)，通常所說的材料強(qiáng)度，就是指抗拉強(qiáng)度。例如，金屬材料手冊中所載的普通碳鋼，是根據(jù)拉伸試驗(yàn)所測得的抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率和斷面收縮率等作為主要考核指標(biāo)。低碳鋼的應(yīng)力伸長曲線拉伸試驗(yàn)：依照材料試驗(yàn)的國家標(biāo)準(zhǔn)，將材料制成拉伸試樣，在拉伸試驗(yàn)機(jī)上施加一個(gè)緩慢增加的拉力F，試樣便隨著拉力的增加而變形，直至斷裂。強(qiáng)度和塑性：從低碳鋼的拉伸曲線右圖中可以看出，oa段是直線，材料處于彈性

52、變形階段，這時(shí)如果去掉外力，試樣仍可恢復(fù)到未變形前的狀態(tài)。a點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力，過去稱為比例強(qiáng)度。b點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力過去稱為彈性強(qiáng)度，去掉外力后試樣會保留微小的塑性變形量。c點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力值稱為屈服強(qiáng)度，所謂屈服強(qiáng)度是指當(dāng)金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在試驗(yàn)期間達(dá)到塑性變形而外力并不增加的應(yīng)力點(diǎn)，過去又稱屈服強(qiáng)度，也有人稱之為屈服點(diǎn)，過去用符號fI來表示。屈服強(qiáng)度可分為上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度，上屈服強(qiáng)度是指試樣發(fā)生屈服而外力首次下降前的最高應(yīng)力；下屈服強(qiáng)度是指在屈服期間，不計(jì)初始瞬時(shí)的最低應(yīng)力。一般機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)件都不允許在使用中產(chǎn)生塑性變形，否則會因失效而發(fā)生事故。所以屈服強(qiáng)度是機(jī)械設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)中

53、的重要依據(jù)?？估瓘?qiáng)度，也是機(jī)械設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。金屬的塑性：是指材料產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。在拉伸試驗(yàn)中，材料的塑性用斷后伸長率和斷面收縮率表示。拉伸試驗(yàn)的試樣被拉斷后，其標(biāo)距部分所增加的長度與原標(biāo)距的比值的百分率稱為斷后伸長率或延伸率。拉伸試樣被拉斷后，其橫截面積的縮減量與試驗(yàn)前試樣的截面積之比的百分率，稱為斷面收縮率。工程上以材料的斷后伸長率或斷面收縮率確定材料的塑性。脆性材料：塑性很差的材料稱為脆性材料。一般認(rèn)為A5的材料稱為脆性材料。硬度：硬度是金屬表面局部體積內(nèi)抵抗外物壓人的能力，即材料抵抗局部塑性變形的能力。可作為衡量材料軟硬程度的指標(biāo)。硬度試驗(yàn)較之拉伸試驗(yàn)有許多優(yōu)點(diǎn)，

54、可不必像拉伸試驗(yàn)?zāi)菢訉⒉牧现瞥稍嚇釉僮銎茐男栽囼?yàn)，只在工件表面試驗(yàn)即可；特別適合于脆性材料，如淬火鋼、硬質(zhì)合金和表面硬化處理的材料；其方法簡便，對工件的試驗(yàn)條件要求不高，塑性材料的硬度值還可以近似地?fù)Q算成強(qiáng)度指標(biāo)。布氏硬度：布氏硬度試驗(yàn)是用一定直徑D(mm)的鋼球或硬質(zhì)合金球?yàn)閴侯^，施以一定的試驗(yàn)力F(kgf或N)，將其壓人試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時(shí)間t(s)，卸除試驗(yàn)力后試樣表面將留下壓痕。布氏硬度值的書寫表示方法，應(yīng)包含下列幾個(gè)部分：硬度數(shù)據(jù)；布氏硬度符號；球體直徑；試驗(yàn)力；試驗(yàn)力保持時(shí)間(1015s不標(biāo)準(zhǔn))。由所用的壓頭材質(zhì)不同，因此布氏硬度值必須用不同的符號來區(qū)分。當(dāng)壓頭為鋼球時(shí)(適用于

55、HB450以下的材料)，其符號為HBS；如果壓頭是用硬質(zhì)合金球(適用于HB在450650較硬的材料)，符號則為HBW。例1 120HBS10100030，表示直徑10mm的鋼球在9.807kN(1000kgf)試驗(yàn)力作用下，保持了30s測得的布氏硬度值數(shù)據(jù)為120。例2 500HBW5750，表示直徑5mm的硬質(zhì)合金球在7.355kN(750kgf)試驗(yàn)力作用下，保持了1015s所測得的布氏硬度數(shù)據(jù)為500。洛氏硬度：洛氏硬度測量原理與布氏硬度基本相同，但洛氏硬度不是根據(jù)壓痕的面積，而是根據(jù)壓痕深度確定硬度值，壓痕越深，硬度越小。它將硬度值直接刻在表頭上，以深度表示的硬度值可以從表上直接讀出來

56、，而不必像布氏硬度那樣查表和計(jì)算。洛氏硬度以HR表示，如果用120°圓錐金剛石壓頭和1.471kN外力，就以HRC表示了。HRC硬度值為兩位數(shù)，適用范圍在HRC20-70之間。這種測試硬度的方法，應(yīng)用得最為廣泛。由于采用了金剛石壓頭和較小的外力，HRC適合于硬度較大的材料。若用洛氏硬度測量退火鋼、有色金屬等較軟的材料(HRC20)，則需用壓頭是直徑為1/16英寸的淬火鋼球及980N的外力以HRB表示；對于薄小工件，用120°角的圓錐金剛石壓頭和588N的外力，以HRA表示。洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)是測量時(shí)操作簡便，直接讀數(shù)，在工件上留下的壓痕較小，對工件的表面破壞程度小。但當(dāng)被測材料的組織不均勻時(shí)，測量的結(jié)果不夠精確，最好多測幾個(gè)點(diǎn)，取其平均值。洛氏硬度適合測量較硬材料的硬度，如淬火鋼等。維氏硬度：工程上常用的布氏和洛氏硬度(Hb和HRC)分別適宜測量較軟和較硬的材料，而維氏硬度卻可測量從極軟直到極硬的材料。維氏硬度的測定原理基本上和布氏硬度相同，也是以壓痕面積和力的商表示硬度值。維氏硬度值的范圍很