B热平衡图
热力学第零定律、温度
热力学第零定律、温度1. 热力学第零定律热力学第零定律是有关热平衡的基本公理。
根据这条定律可以引出温度的概念。
现在，我们从考察热平衡现象入手来说明这个问题。
当一个单相系统与环境之间只有一种形式的功作用〈这样假定纯粹是为了讨论的方便〉，例如只有体积变化功、电功或磁功等之一时，经验表明，只要两个独立的热力学参数便可以完全地确定它的状态。
假设有系统图1-1 绝热壁及透热壁的性质A与B，它们的独立参数分别为X A、Y A必与X B、Y B。
当系统A与系统B之间以固定的刚性绝热壁相隔离〈如图l－1a所示〉时，对于它们各自的平衡状态来说，上述四个参数的取值是任意的。
如果两个系统之间以透热壁相互接触，如图1－1b所示，则原先处于平衡状态的系统A和B的参数都会发生变化，直至建立新的平衡状态为止。
这时参数X A、Y A和X B、Y B的取值都不再是任意的，它们之间存在一定的关系F AB(X A，Y A ，X B，Y B)。
也就是说，当两个系统通过透热壁相互接触并达到热平衡后，其特点是它们参数的取值受到了限制。
图1－2a表示系统A与B之间以绝热壁隔开，而它们同时又以透热壁与系统C相接触时，经过状态变化，最后系统A和B都和系统C达到了热平衡。
然后将系统A和B以绝热壁与系统C相隔离，而系统A与B之间则通过透热壁相互接触，如图1-2b所示，这时我们发现系统A与B都不会发生状态变化，表明它们之间也已达到了热平衡。
这个经验事实被总结成下述公理：若两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则他们彼此之间处于热平衡。
按照福勒〈R. H. Fowler〉在l93l年提出的建议，上述公理称之为热力学第零定律，它是引出温度概念和建立温标的基础。
图1-2 热力学第零定律示意图2. 温度当系统A与C处于热平衡时，它们参数间的限制关系为F AC(X A,Y A,X C,Y C)=0（1-1）同样，若系统B与系统C也处于热平衡，则有F BC(X B,Y B,X C,Y C)=0 （1-2）将这两个关系写成Y C的显式，可得Y C=f AC(X A,,X C) （1-3）及Y C=f BC(X B,X B,X C) （1-4）将式（1-3）与式（1-4）合并，消去变量Y C，得f AC(X A,X B,X C)= f BC(X B,Y B,X C)（1-5）根据热力学第零定律，当系统A和系统B分别与系统C处于热平衡时，它们之间也处于热平衡，因此有F AB(X A,Y A,X B,Y B)=0 （1-6）方程(1-5)与(l-6)描述的是同一个现象，因而应该是等同的，但后者没有包含参数只能取以下形式：X C。
热平衡计算 (excel)
a
1.考虑到电站启动、停机时的热量损失。2.当地属 于热带地区，排汽温度不能长期稳定在40℃，真空 度不好维持在0.074bar。所以我的保证值，在计算 值的基础上乘以了一个保证系数1.055 qb=Q/P*a
1.055
qb
4843.191 kcal/Kw·h 5566.886 kcal/Kw·h 37.366 t/h 2382.88 Kj 45.38 ℃ 33 ℃ 43 ℃ 1957.086 t/h
pw
100% rated power 数据 Date 单位 unit t/h
备注 Remarks 汽轮机厂家提供 Dt=Db/0.99/0.96 Refer to
50
见热平衡图 Heat balance drawing 查表得 check book 锅炉厂资料 Boiler factory date Dbl=η
电站热耗率(计算值)Gross heat consumption rate(calculation) 厂用电率 Electric consumption rate of power plant 电站净热耗率(计算值)Net heat consumption rate(calculation)
q fctric speciality date qnet=Q/(P*f)
4590.702 kcal/Kw·h 13 % 5276.669 kcal/Kw·h
保证系数 guaranteed rate 电站热耗率(保证值)Gross heat consumption rate(guaranteed) 电站净热耗率(保证值)Net heat consumption rate(guaranteed) 汽轮机排汽量 汽轮机排汽焓值 排汽温度 循环水进水温度 循环水出水温度 循环水量
热平衡计算-(excel)知识讲解
qnet.b qnet.b=Q/(P*f)*a
5566.886 kcal/Kw·h
Dp 见汽轮机厂家图纸
37.366 t/h
hp 见汽轮机厂家图纸
2382.88 Kj
tp 见汽轮机厂家图纸
45.38 ℃
tj 见业主要求
33 ℃
tc
见业主要求（一般比排汽温度低3~5°C,比进水温 度高8~10）
43 ℃
Q
Q=1000*｛Db*(hb-hfw)+Dbl*(hbl-hfw)｝/ηb/4.1868 41394364 kcal
见业主资料
3391 kcal/kg
锅炉耗煤量
12207.13 kg/h
电站热耗率(计算值)Gross heat consumption rate(calculation)
q
q=Q/P
锅炉排污焓值 enthalpy
Blowdown of boiler hbl
锅炉给水焓值
Boiler
feeding water enthalpy
hfw
锅炉效率
Boiler efficiency ηb
Dbl=ηpw*Db 查表得 check book 查表得 check book 锅炉厂资料 Boiler date
厂用电率 Electric consumption rate of power plant
f
电气提供数据 Electric speciality date
电站净热耗率(计算值)Net heat consumption rate(calculation)
qnet qnet=Q/(P*f)
4590.702 kcal/Kw·h 13 %
数据 Date
传感器B值
B值是热敏电阻器的材料常数，即热敏电阻器的芯片（一种半导体陶瓷）在经过高温烧结后，形成具有一定电阻率的材料，每种配方和烧结温度下只有一个B 值，所以种之为材料常数。
B值可以通过测量在25摄氏度和50摄氏度（或85摄氏度）时的电阻值后进行计算。
B值与产品电阻温度系数正相关，也就是说B值越大，其电阻温度系数也就越大。
温度系数就是指温度每升高1度，电阻值的变化率。
采用以下公式可以将B 值换算成电阻温度系数：电阻温度系数＝B值/T^2 （T为要换算的点绝对温度值）NTC热敏电阻器的B值一般在2000K－6000K之间，不能简单地说B值是越大越好还是越小越好，要看你用在什么地方。
一般来说，作为温度测量、温度补偿以及抑制浪涌电阻用的产品，同样条件下是B值大点好。
因为随着温度的变化，B值大的产品其电阻值变化更大，也就是说更灵敏。
RT1 ：温度 T1 （ K ）时的零功率电阻值。
RT2 ：温度 T2 （ K ）时的零功率电阻值。
T1、T2 ：两个被指定的温度（ K ）。
温度传感器选用指南选择温度传感器比选择其它类型的传感器所需要考虑的内容更多。
首先，必须选择传感器的结构，使敏感元件的规定的测量时间之内达到所测流体或被测表面的温度。
温度传感器的输出仅仅是敏感元件的温度。
实际上，要确保传感器指示的温度即为所测对象的温度，常常是很困难的。
在大多数情况下，对温度传感器的选用，需考虑以下几个方面的问题：（1）被测对象的温度是否需记录、报警和自动控制，是否需要远距离测量和传送。
（2）测温范围的大小和精度要求。
（3）测温元件大小是否适当。
（4）在被测对象温度随时间变化的场合，测温元件的滞后能否适应测温要求。
（5）被测对象的环境条件对测温元件是否有损害。
（6）价格如何，使用是否方便。
容器中的流体温度一般用热电偶或热电阻探头测量，但当整个系统的使用寿命比探头的预计使用寿命长得多时，或者预计会相当频繁地拆卸出探头以校准或维修却不能在容器上开口时，可在容器壁上安装永久性的热电偶套管。
机组抽汽方式热平衡图
59.59 1108.6 252.7 S △t= 5.6 B 1052.00 904.0 206.87 △t= -1.0 A C 400.0 83.79 3045.8 330.80 3.9727 高压缸
6655.2 kJ/kW.h
3.9112 kg/kW.h
7#
S E 143.4 918.8 212.5 回水 170.4 △t= 5.6 721.099 199.5 753.7 177.7 1052.00 713.0 168.30 D CY 43.46 3081.0 0.7600 409.08 433.6 102.94 △t= 2.8 400.00 3081.0 310.85 0.8000 56.08 3327.0 1.8281 1052.00 744.3 172.15 59.59 3146.7 387.13 5.9481
1052.00 1199.5 274.00 △t= -1.0
锅炉
A
1052.00 3397.3 538.00 16.671
863.58 3534.6 538.00 3.7345
863.58 3045.8 330.79 3.9728
△t= 5.6 1052.00 1084.2 247.11 △t= -1.0 B J
J 40.47 2251.1 BFPT
56.08 3327.0 434.94 1.9244 C D 48.85 3081.0 310.85 0.8000 E S J
中压缸
40.47 3081.0 310.85 0.8000
流量 t/h 焓值 kJ/kg
温度 ℃ 压力MPa.a
3# 2#
64.0 225.3 33.3
J 40.47 2251.1 BFPT
4金属的热性能
③比热的表达式
c = ——Q—— m(T2-T1)
式中：T1 —— 初温(K)，T2—— 末温(K) Q —— 从T1升高到T2所需的热量(能量)(J) Q>0时为吸热，Q<0时为放热 m —— 物体的质量(kg)
4. 热膨胀
分子动能：由于分子热运动而具有的能。 分子势能：由于分子间存在着相互作用而具有
的能。
b. 热量——任何物体(系统)都具有内能,可以通 过热传递与做功(摩擦生热就是指这个， 机械能转化为热能)来提高物体内能，而 通过热传递所产生的热能就称为热量。
用Q表示热量，热量的国际单位是焦耳(J)， 但习惯上常用卡(cal)。
金属的导热性的高低用导热率(K)来表示 表达式为：
K 式中：
=
(1/3)λ
μ
C1N
μ — 电子无秩序运动的迁移率
C1 —电子热容
N— 单位体积中的电子数
λ— 电子的平均自由行程
N↑ 热能↑ K↑ μ ↑ 热能↑ K↑
②热导率与电导率的关系
将金属的热导率 K = (1/3)λ μ C1N
除以电导率
γ= ——Ne—2τ = Neμ m
方向无关而玻尔贴热Q与电流的方向有关，利用这一点可以将
这两种热分开。
玻尔贴热量Q 与两个金属的性质有关，与通过电流的时间τ和
电流强度I 成正比。
Q=πIτ 式中 π——玻尔贴系数
2. 玻尔贴效应的物理解释
电子在导体中运动形成电流。由于电子在不同的金属材料中
处于不同的能级，当它从高能级向低能级
A
运动时，便释放出多余的能量；相反，
§2-3 热性能
2.1 热平衡PN结
LD ≈ 3 ×10 6 cm
半导体器件物理 Dr. B. Li &J. Han
因此，边界层的厚度小于耗尽区的宽度。边界层完 全可以忽略。 PN结可划分为 中性区 耗尽区
P
N
半导体器件物理 Dr. B. Li &J. Han
3、热平衡PN结内建电势差 内建电势差：由于内建电场，空间电荷区两侧存
半导体器件物理 Dr. B. Li &J. Han
空穴扩散：P区 电子扩散：P区
N区 N区 扩散电流方向为：P 区 N 区
+ P区留下 N a ，N区留下 N d ，形成空间电荷区。空间电荷
区产生的电场称为内建电场，方向为由N 区指向P 区。电场的 存在会引起漂移电流，方向为由N 区指向P 区。 扩散电流： P 区 漂移电流： P 区 N 区 N 区
2热平衡pn结能带图和空间电荷分布半导体器件物理漂移漂移扩散扩散b接触后的能带图图23半导体器件物理边界层边界层耗尽区与b相对应的空间电荷分布图23半导体器件物理hanpn结的三个区耗尽区中性区边界层中性近似中性指的是电中性pn结空间电荷区以外的区域p区和n区的电阻与空间电荷区的电阻相比可以忽略加偏压时它们承受的电压降可以忽略故称为中性区
0
W 2
x
边界条件为：
W W ε ( ) = ε ( ) = 0 2 2
半导体器件物理 Dr. B. Li &J. Han
积分并应用边界条件后得电场分布为：
2 x 2 aqW ε (x ) = 1 = ε max 8kε 0 W
2
2x 2 1 W
半导体器件物理 Dr. B. Li &J. Han
4、热平衡PN结内建电场
PN结空间电荷区内Poisson方程简化为：
300MW机组改造热平衡图
242.9T 2950.5H 40.59G
346.0T 3151.6H 40.79G
438.4T 3335.5H 32.33G
327.6T 3041.7H 79.30G
390.9T 3152.5H 70.27G
CONDENSER
0.0049P 0G MAKE UP 136.3H 32.5T 33.0T 138.0H 735.32G CP
205.6T 885.6H
3.868P 248.4T HTR-2 1079.1H # 248.4T
6.276P HTR-1 278.5T
280.2T 1232.1H 1045.66G
415.0H 55.5T 232.1H 116.15G 66.5T 278.4H 101.55G 90.3T 378.1H 71.07G 110.9T 465.3H 43.72G
F A B C
Y
1.04G
65.0T 2496.3H 33.93G
D
89.7T 2634.6H 30.78G
143.2T 2759.0H 26.98G
242.3T 2948.6H 43.28G
345.5T 3149.7H 43.73G
438.2T 3333.7H 34.86G
333.2T 3050.6H 85.35G
397.9T 3163.6H 76.71G
CONDENSER
0.0049P 0G MAKE UP 136.3H 32.5T 33.0T 138.0H 774.96G CP
0.53G 5.14G
I
GC ##
33.4T 139.7H
0.024P HTR-8 63.8T
61.1T 0.066P 257.0H HTR-7 # 88.4T
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B25-8.82/0.785型背压式汽轮机热力系统平衡图 1
设计工况
8.82 535 3475 180.00
1.15 t/h E
E 0.211 t/h 0.221 t/h D 3.022 t/h
0.15 t/h A
汽轮 机 TURBINE
单位： MPa ℃
kJ/kg t/h A：汽封加热器 B：均压箱
0.566 t/h
GENERATOR
发电机
0.785 242.58 2933.7 15.85
0.785 242.58 2933.7 153.32
0.297 t/h D
0.847 t/h B
本机补水 104 435.427 153.95
1.372 t/h E
0.588 158.2 662.35 174.0
216.9 930.97 9.78
189.4 806.26 19.20
汽耗 kg/(kW.h)
7.187
热耗 kJ/(kW.h)
4027.1
电功率 kW
25045.1
A 0.046 t/h
B25-8.82/0.785型背压式汽轮机热力系统平衡图 2
最大出力工况
8.82 535 3475 212.50
F：低压汽源
B
F 0.138 t/h
A
0.396 t/h
0.032 t/h
0.709 t/h B
1.834 t/h C
211.9 911.05 180.0
0.566 t/h
GENERATOR
发电机
2.373 375.3 3180 9.78
1.3467 303.1 3047.8 7.59
1.834 t/h C
本机补水 104 435.427 170.51 1.369 t/h E
189.5 811.40 212.5
0.588 158.2 662.35 212.5
220 945.23 10.71
194.5 828.94 24.06
汽耗 kg/(kW.h)
7.061
热耗 kJ/(kW.h)
3967.4
电功率 kW
0.15 t/h A
汽轮 机 TURBINE
单位： MPa ℃
kJ/kg t/h A：汽封加热器 B：均压箱
F：低压汽源
B
F 0.138 t/h
A
0.396 t/h
0.032 t/h
0.719 t/h B
1.418 t/h C
201.9 866.67 141.0
0.566 t/h
GENERATOR
发电机
177.9 760.32 165.0
0.588 158.2 662.35 165.0
211.1 904.48 9.12
182.9 776.99 15.59
汽耗 kg/(kW.h)
6.587
热耗 kJ/(kW.h)
3985.3
电功率 kW
25049.3
A 0.047 t/h
B25-8.82/0.785型背压式汽轮机热力系统平衡图 6
1.1636 289.4 3022.9 4.64
1.83 t/h C
0.588 215.56 2884.0 12.90
-0.046 t/h D
0.809 t/h B
0.588 215.56 2884.0 133.85
本机补水 104 435.427 134.37 134.37 1.374 t/h E
单位： MPa ℃
kJ/kg t/h A：汽封加热器 B：均压箱
F：低压汽源
B
F 0.096 t/h
A
0.293 t/h
0.032 t/h
0.713 t/h B
1.83 t/h C
206.1 885.09 165.0
0.421 t/h
GENERATOR
发电机
2.119 364.5 3160.2 9.12
1.948 358.3 3156.3 6.37
1.1854 298.7 3042.6 4.48
1.418 t/h C
0.785 253.42 2957.1 10.79
-0.013 t/h D
0.857 t/h B
0.785 253.42 2957.1 115.10
本机补水 104 435.427 115.72 1.374 t/h E
汽耗 kg/(kW.h)
6.934
热耗 kJ/(kW.h)
4249.2
电功率 kW
25095.4
A 0.047 t/h
B25-8.82/0.785型背压式汽轮机热力系统平衡图 8
75%额定出力工况
8.82 535 3475 141.00
1.15 t/h E
E -0.013 t/h 0.224 t/h D 2.395 t/h
0.163 t/h D
0.801 t/h B
0.588 211.76 2875.9 156.79
本机补水 104 435.427 157.31 1.37 t/h E
183.2 783.77 196.1
0.588 158.2 662.35 196.1
219.3 942.08 12.10
188.2 800.82 21.70
-0.256 t/h D
0.867 t/h B
0.785 270.96 2994.6 84.75
本机补水 104 435.427 85.38 1.378 t/h E
172.7 737.71 102.0
0.588 158.2 662.35 102.0
195.4 832.97 3.45
177.7 754.13 6.61
汽耗 kg/(kW.h)
8.121
热耗 kJ/(kW.h)
4351.1
电功率 kW
12560.2
A 0.047 t/h
B25-8.82/0.785型背压式汽轮机热力系统平衡图 10
特殊工况
8.82 535 3475 186.00
1.15 t/h E
E 0.127 t/h 0.221 t/h D 3.086 t/h
215 925.28 212.5
0.566 t/h
GENERATOR
发电机
2.775 389.8 3205.8 10.71
1.5024 311 3061 11.16
2.193 t/h C
0.785 237.89 2923.6 15.31
0.409 t/h D
0.839 t/h B
0.785 237.89 2923.6 169.88
215 925.28 235.0
0.783 t/h
GENERATOR
发电机
3.211 404.9 3233.5 7.76
1.8019 328.8 3093.3 17.01
2.234 t/h C
1.078 268.55 2979.8 16.08
0.769 t/h D
0.873 t/h B
1.078 268.55 2979.8 188.11
kJ/kg t/h A：汽封加热器 B：均压箱
F：低压汽源
B
F 0.178 t/h
A
0.573 t/h
0.032 t/h
0.703 t/h B
1.835 t/h C
215 925.28 200.5
0.783 t/h
GENERATOR
发电机
2.768 390.6 3207.8 8.51
1.6376 321.9 3081.9 12.57
汽耗 kg/(kW.h)
6.530
热耗 kJ/(kW.h)
3937.2
电功率 kW
30032.4
A 0.047 t/h
B25-8.82/0.785型背压式汽轮机力系统平衡图 7
停高压加热器工况
8.82 535 3475 174.00
1.15 t/h E
E 0.297 t/h 0.222 t/h D 2.963 t/h
1.15 t/h E
E 0.409 t/h 0.219 t/h D 3.568 t/h
0.15 t/h A
汽轮 机 TURBINE
单位： MPa ℃
kJ/kg t/h A：汽封加热器 B：均压箱
F：低压汽源
B
F 0.138 t/h
A
0.396 t/h
0.032 t/h
0.701 t/h B
2.193 t/h C
0.15 t/h A
汽轮 机 TURBINE
单位： MPa ℃
kJ/kg t/h A：汽封加热器 B：均压箱
F：低压汽源
B
F 0.138 t/h
A
0.396 t/h
0.032 t/h
0.709 t/h B
1.688 t/h C
158.2 662.35 174.0
1.688 t/h C
158.2 662.35 174.0
本机补水 104 435.427 188.91 188.91 1.368 t/h E
198.1 849.50 235.0
0.588 158.2 662.35 235.0
220 945.23 7.76
203.1 867.86 27.00
汽耗 kg/(kW.h)
7.817
热耗 kJ/(kW.h)
4022.7
电功率 kW
30061.3
A 0.047 t/h
B25-8.82/0.785型背压式汽轮机热力系统平衡图 5
低背压额定出力工况