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比热、传热和热胀冷缩

      —、比热
      单位质量的物质,温度升高或降低1℃时所吸收或放出的热量。叫做该物质的比热。
      比热的单位在工程上过去常用千卡/千克·℃(kcal/kg·℃)计量,现行的法定计量单位是焦耳/千克·℃(J/kg·℃)或千焦耳/千克·℃(kJ/kg·℃)计量。
      这两种计量单位的换算:
      1千卡/千克·℃(1kcal/kg·℃)=4.1868千焦耳/千克·℃(kJ/kg·℃)
      几种物质的比热,见表1一16。
 
物质名称
 
千卡/千克·℃
 
(kcal/kg·℃1
千焦/千克·℃
 
(kJ/kg·℃)
 
物质名称
 
千卡/千克·℃
 
(kcaL/kg·℃1
千焦/千克·℃
 
  (kJ/kg-℃1
    铝
    黄铜
    铸铁
  钢
  石棉
    0.2122
    0.0917
    O.13
    O.1225
    O.2
    0.888
    0.384
    O.544
    O.513
    0.837
    砖
    煤
混凝土
  柴油
    水
    O.22
    0.30
    O.156
    0.50
    1.00
    0.921
    1.256
    O.653
    2.093
    4.1868
      二、传热
      锅炉运行时,燃料放出的热量通过受热面金属壁传给水,使水转变为热水或蒸汽的过程叫做传热过程。锅炉的传热过程是相当复杂的,为了便于研究和分析,一般把传热过程分为导热、对流和辐射三种基本形式。在锅炉的传热过程巾,往往是这三种传热形式同时存在。
      1.导热通过物体的直接接触,热量从高温物体传给低温物体,或物体的不同部位有温度差时,高温部分热量向低温部分传递的过程叫导热。
      各种物体的导热性能是不相同的,如司炉用火钩捅火时,握在手中的一端会感觉热起来;而将木棒一端点燃,另一端握在手中就感觉不到热,这表明不同的物质其热导率是不同的。所谓热导率是指在1米2(m2)面积上,当温度差为1℃二时,每小时通过厚度为1米(m)的平壁的热量,其单位过去用千卡/米·时·℃(kcal/m·h·℃),现行法定计量单位用瓦/米·℃(W/m·℃),用符号“§”表示。几种常用材料的热导率列于表l一17中。
   
      从表1—17可见,水垢的热导率为钢铁热导率的1/20~1/80;烟灰的热导率仅为钢铁热导率的1/400~1/800。如果锅炉受热面上沉积水垢和烟灰,不仅导致锅炉出力下降,造成燃料大量浪费,同时会使锅炉受热面金属壁温升高,导致过热损坏,给锅炉经济安全运行带来严重威胁。 
      2.对流依靠液体或气体各部分发生流动来传递热量的方式叫对流。夏天人们扇扇子觉得凉爽,这凉爽是由于流动空气从人体带走了热量的结果。烟气流过锅炉受热面金属管束,在与管壁接触过程中进行了热量的传递;锅水的循环流动,热水上升,冷水下降,使热量传给了全部锅水的过程都属于对流传热。
      对流传热的强弱与流体的性质、流速大小、流体运动特性、流道的形状及流体冲刷受热面的方向等因素有关。
      3.辐射高温物体不通过接触或流动,而以电磁波的形式直接将热量传递给低温物体的传热方式叫辐射。如地球得到太阳的热量,就是依靠太阳光的辐射方式传递给地球的;人们站在锅炉炉门旁,就感觉到烘烤灼热;炉膛内燃烧火焰向水冷壁管传热的方式都是辐射传热,辐射传热的强弱与热源温度的四次方成正比。在锅炉中炉膛燃烧火焰温度越高,辐射放热越强烈,而在对流烟道中由于烟气温度降低了,辐射放热就急剧下降。因此,在炉膛内布置适量的水冷壁管受热面与对流烟道中布置同样面积的受热面相比较,水冷壁得到的热量要比对流管束得到的热量高4~lO倍。但是炉膛内布置水冷壁管受热面不宜过多,否则会使炉膛温度降低太多,将失去高温辐射传热的优点,而且还会影响燃烧。
      三、热胀冷缩
      物质遇热膨胀、遇冷收缩的现象叫热胀冷缩。极大多数物质都具有热胀冷缩的特性(少数物质则相反,如铅等),但不同的物质在同一温度下,其臌胀和收缩的程度各不相同。为了表示物质受热膨胀、遇冷收缩的程度不同,引进了膨胀系数的概念。当物质的温度升高1℃时,在长度方向上的增长部分与原长度之比,称为该物质的线膨胀系数。
      锅炉是一能量转换设备,锅炉的各个部分,由于受热程度不同、构成材料不同,其各部分的膨胀情况各不相同。为此应事先考虑受热膨胀的影响,如锅筒的安装,采取一端固定,另一端用活动支座或吊挂的方法;如炉墙的砌筑都应在一定的位置留有伸缩缝,以避免受热膨胀而损坏。
      此外,锅炉在点火升压和停炉时,其运行操作必须使温度升、降均匀缓慢,原因就在于防止各部件急剧胀缩,以避免造成锅炉部件损坏和炉墙产生裂缝等恶果。

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