Розділи довідника
Основні формули
| Назва | Формула | Пояснення |
|---|---|---|
| Кількість теплоти при нагріванні | Q = c · m · Δt | Кількість теплоти залежить від маси, питомої теплоємності та зміни температури. |
| Кількість теплоти при плавленні | Q = λ · m | Використовується під час переходу речовини з твердого стану в рідкий. |
| Кількість теплоти при пароутворенні | Q = r · m | Описує теплоту, потрібну для перетворення рідини на пару. |
| Повна кількість теплоти | Qзаг = Q1 + Q2 + Q3 | Сума теплот на окремих етапах процесу. |
| Теплова потужність | N = Q / τ | Показує, скільки теплоти передається за одиницю часу. |
| Назва | Формула | Пояснення |
|---|---|---|
| Основне рівняння теплопередачі | Q = k · F · Δt · τ | Описує кількість теплоти, передану через поверхню теплообміну. |
| Тепловий потік | q = Q / τ | Кількість теплоти, що проходить за одиницю часу. |
| Густина теплового потоку | q = Q / F | Кількість теплоти на одиницю площі. |
| Коефіцієнт теплопередачі | k = Q / (F · Δt · τ) | Характеризує інтенсивність теплопередачі. |
| Логарифмічна середня різниця температур | Δtср = (Δt1 - Δt2) / ln(Δt1 / Δt2) | Застосовується в теплообмінниках. |
| Назва | Формула | Пояснення |
|---|---|---|
| Закон Фур’є | Q = λ · F · Δt · τ / δ | Описує передачу теплоти через шар матеріалу. |
| Тепловий опір шару | R = δ / λ | Залежить від товщини шару та теплопровідності матеріалу. |
| Опір багатошарової стінки | Rзаг = R1 + R2 + ... + Rn | Сума теплових опорів усіх шарів. |
| Тепловий потік через стінку | q = Δt / Rзаг | Залежить від різниці температур і загального опору. |
| Коефіцієнт теплопровідності | λ = Q · δ / (F · Δt · τ) | Властивість матеріалу проводити теплоту. |
| Назва | Формула | Пояснення |
|---|---|---|
| Тепловіддача конвекцією | Q = α · F · Δt · τ | Передача теплоти між поверхнею і рухомим середовищем. |
| Коефіцієнт тепловіддачі | α = Q / (F · Δt · τ) | Характеризує інтенсивність конвективного теплообміну. |
| Закон Стефана — Больцмана | E = ε · σ · T⁴ | Описує енергію теплового випромінювання тіла. |
| Випромінювання між поверхнями | Q = ε · σ · F · (T1⁴ - T2⁴) · τ | Передача теплоти випромінюванням між двома поверхнями. |
| Назва | Формула | Пояснення |
|---|---|---|
| Ентальпія води | i = c · t | Орієнтовна теплова характеристика води. |
| Нагрівання води | Q = m · c · (t2 - t1) | Кількість теплоти для зміни температури води. |
| Утворення пари | Q = m · r | Теплота, потрібна для пароутворення. |
| Витрата пари | G = Q / (i1 - i2) | Розрахунок масової витрати пари. |
| Відносна вологість | φ = ρ / ρнас · 100% | Відношення фактичної вологості до насиченої. |
| Абсолютна вологість | ρ = mпари / V | Маса водяної пари в одиниці об’єму. |
| Назва | Формула | Пояснення |
|---|---|---|
| Теплота згоряння палива | Q = B · Qн | Кількість теплоти, що виділяється при згорянні палива. |
| Витрата палива | B = Q / Qн | Маса або об’єм палива, потрібний для отримання теплоти. |
| Умовне паливо | Bум = Q / 29300 | Переведення теплоти в умовне паливо. |
| ККД котельної установки | η = Qкор / Qпал · 100% | Оцінює ефективність використання теплоти палива. |
| Питома витрата палива | b = B / N | Витрата палива на одиницю потужності. |
| Назва | Формула | Пояснення |
|---|---|---|
| ККД теплової машини | η = A / Q1 · 100% | Показує частку теплоти, що перетворюється на корисну роботу. |
| ККД через теплоту | η = (Q1 - Q2) / Q1 · 100% | Розрахунок ККД за підведеною та відведеною теплотою. |
| ККД циклу Карно | η = (T1 - T2) / T1 · 100% | Ідеальний максимальний ККД теплової машини. |
| Корисна робота | A = Q1 - Q2 | Різниця між підведеною та відведеною теплотою. |
| Потужність теплової машини | N = A / τ | Робота, виконана за одиницю часу. |
| Назва | Формула | Пояснення |
|---|---|---|
| Рівняння стану ідеального газу | p · V = m · R · T | Зв’язує тиск, об’єм, масу та температуру газу. |
| Рівняння Менделєєва — Клапейрона | p · V = ν · R · T | Рівняння стану газу через кількість речовини. |
| Закон Бойля — Маріотта | p1 · V1 = p2 · V2 | Для ізотермічного процесу. |
| Закон Гей-Люссака | V1 / T1 = V2 / T2 | Для ізобарного процесу. |
| Закон Шарля | p1 / T1 = p2 / T2 | Для ізохорного процесу. |
| Робота газу | A = p · ΔV | Робота газу при сталому тиску. |
| Внутрішня енергія | U = cv · m · T | Орієнтовний розрахунок внутрішньої енергії газу. |
Фізичні константи
| Назва | Позначення | Значення | Одиниця |
|---|---|---|---|
| Універсальна газова стала | R | 8.314 | Дж/(моль·К) |
| Стала Стефана — Больцмана | σ | 5.67 · 10⁻⁸ | Вт/(м²·К⁴) |
| Питома теплоємність води | c | 4.19 | кДж/(кг·°C) |
| Питома теплота пароутворення води | r | 2256 | кДж/кг |
| Теплота згоряння умовного палива | Qум | 29300 | кДж/кг |
| Нормальний атмосферний тиск | p₀ | 101325 | Па |
Властивості матеріалів
Коефіцієнти теплопровідності
| Матеріал | Коефіцієнт λ | Одиниця | Примітка |
|---|---|---|---|
| Мідь | 380–400 | Вт/(м·К) | Висока теплопровідність |
| Алюміній | 200–230 | Вт/(м·К) | Використовується у теплообмінниках |
| Сталь | 45–60 | Вт/(м·К) | Поширений конструкційний матеріал |
| Цегла | 0.5–0.8 | Вт/(м·К) | Будівельний матеріал |
| Бетон | 1.0–1.7 | Вт/(м·К) | Залежить від густини |
| Мінеральна вата | 0.035–0.045 | Вт/(м·К) | Теплоізоляція |
| Пінополістирол | 0.03–0.04 | Вт/(м·К) | Теплоізоляційний матеріал |
| Деревина | 0.12–0.20 | Вт/(м·К) | Залежить від вологості |
Теплота згоряння палива
| Паливо | Нижча теплота згоряння | Одиниця | Використання |
|---|---|---|---|
| Природний газ | 33000–36000 | кДж/м³ | Котельні, ТЕЦ, побут |
| Кам’яне вугілля | 22000–29000 | кДж/кг | Теплові електростанції |
| Буре вугілля | 10000–17000 | кДж/кг | Промислові котельні |
| Мазут | 39000–42000 | кДж/кг | Котельні установки |
| Дизельне паливо | 42000–43000 | кДж/кг | Двигуни, резервні генератори |
| Дрова сухі | 12000–15000 | кДж/кг | Опалення |
| Пелети | 16000–19000 | кДж/кг | Біопаливні котли |
Коефіцієнти теплопередачі та тепловіддачі
| Процес | Коефіцієнт | Типові значення | Одиниця |
|---|---|---|---|
| Природна конвекція повітря | α | 5–25 | Вт/(м²·К) |
| Вимушена конвекція повітря | α | 20–100 | Вт/(м²·К) |
| Рух води в трубах | α | 500–10000 | Вт/(м²·К) |
| Конденсація пари | α | 5000–20000 | Вт/(м²·К) |
| Кипіння води | α | 2500–25000 | Вт/(м²·К) |
| Теплопередача через стінку теплообмінника | k | 100–3000 | Вт/(м²·К) |
Вода, пара та вологе повітря
Питома теплоємність
| Речовина | c | Одиниця |
|---|---|---|
| Вода | 4.19 | кДж/(кг·°C) |
| Водяна пара | 1.9–2.1 | кДж/(кг·°C) |
| Повітря | 1.0 | кДж/(кг·°C) |
| Лід | 2.1 | кДж/(кг·°C) |
Орієнтовні параметри
| Параметр | Значення | Одиниця |
|---|---|---|
| Температура кипіння води при 1 атм | 100 | °C |
| Температура замерзання води | 0 | °C |
| Питома теплота пароутворення | 2256 | кДж/кг |
| Питома теплота плавлення льоду | 334 | кДж/кг |
Таблиця перетворення одиниць
| Величина | Перетворення | Примітка |
|---|---|---|
| Енергія | 1 кДж = 1000 Дж | Використовується для теплоти |
| Енергія | 1 кВт·год = 3 600 000 Дж | Поширено в енергетиці |
| Енергія | 1 ккал = 4186.8 Дж | Теплотехнічні розрахунки |
| Потужність | 1 кВт = 1000 Вт | Електрична і теплова потужність |
| Об’єм | 1 м³ = 1000 л | Вода, газ, пара |
| Тиск | 1 бар = 100000 Па | Котли, трубопроводи |
| Тиск | 1 атм = 101325 Па | Нормальний атмосферний тиск |
| Температура | K = °C + 273.15 | Для газових законів |
| Маса | 1 т = 1000 кг | Паливо, вода, пара |
Короткі теоретичні відомості
Теплопередача
Теплопередача — це процес перенесення теплоти від тіла з вищою температурою до тіла з нижчою температурою. Основними видами теплопередачі є теплопровідність, конвекція та випромінювання.
У теплоенергетиці ці процеси враховують під час розрахунку котлів, теплообмінників, трубопроводів, ізоляції та систем опалення.
Теплопровідність
Теплопровідність — це передача теплоти всередині твердого тіла або нерухомого середовища. Вона залежить від коефіцієнта теплопровідності матеріалу, площі, різниці температур і товщини шару.
Чим менше значення коефіцієнта теплопровідності, тим кращі теплоізоляційні властивості матеріалу.
Конвекція
Конвекція — це перенесення теплоти потоками рідини або газу. Вона може бути природною, коли рух виникає через різницю густини, або вимушеною, коли рух створюється насосом, вентилятором чи іншим пристроєм.
Конвекція важлива для систем вентиляції, опалення, охолодження та теплообмінників.
Теплове випромінювання
Теплове випромінювання — це передача енергії електромагнітними хвилями. На відміну від теплопровідності та конвекції, воно може відбуватися навіть у вакуумі.
У теплоенергетиці випромінювання враховують у топках котлів, печах, високотемпературних установках та при теплових втратах поверхонь.