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各种单位换算
气体物理学的基本概念
高压氧是患者在密闭的压力容器内加压(超过101.3kPa即一个大气压)吸氧治疗某些疾病。
为掌握高压舱的原理、结构、设备、技术;了解高压氧对机体的生理、病理作用;了解高压氧的副作用及防治方法,必须了解气体的物理特性。
因此,首先介绍有关的气体物理学的基础理论。
气体的基本特性
一、分子的热运动
一切物质都是由分子组成的。
物质中的分子在不断地运动。
固体和液体物质由于分子间距小,它的分子只能在一个平衡位置上做微小的振动。
气体的分子间距大,其分子在不断地做无规律的运动。
分子的振动和运动的速度与温度有关,温度越高,分子运动速度越快;同时,分子的剧烈振动和运动也会产生热能。
所以,把这种现象称为分子的热运动。
气体分子在运动中,不断地相互撞击,不断地撞击容器四壁。
常压下每6.452cm2的容器壁面积上,每秒钟可受到2×1024个气体(容器内的气体)分子的撞击。
气体分子对容器的撞击,必然对容器壁产生一定撞击力,称为压力。
单个气体分子的撞击力极微,但大量气体分子同时撞击,就会产生可观的压力。
可见分子运动的速度决定气体的温度,分子对容器壁的撞击力决定气体的压力。
由于气体分子间距离大,在压力增加时分子间的距离可以缩小,气体的容积变小。
故而,气体的容积与压力呈反比关系。
二、分子力
物质中分子和分子之间存在相互作用的吸力和斥力,称分子力。
分子力随分子间距离的变化而改变。
图2—1纵坐标的正向表示斥力;负向表示吸力。
横坐标表示分子间距离。
从图2-1中可看出当两个分子间距离为X0 时,分子间斥力和吸力相等。
当两分子间距离小于X0 以后,分子间出现斥力,且随分子间距离的缩短而加大。
当分子间距离大于X0后,分子力表现为吸力,而且随分子距离加大而减小,且很快趋于零。
气体分子间的距离一般情况下相当大,因此气体的分子间的吸力很微小,可以忽略不计。
图2-1分子与分子间距离的关系
三、物质的基本形态
大自然中的物质由于其分子间距离不同,可以分为固体、液体、气体三种基本形态。
(-)固体 分子之间距离最小,其分子热运动是在平衡位置附近振动,因此固体物质能保持一定的形状和体积。
固态物质可分为晶体和非晶体二大类。
晶体的分子排列有规律,非晶体的分子排列无规律。
(二)液体 在温度不太高时液体的分子间距与晶体差不多,分子力相当大,使分子间凝集,所以液体可以保持一定体积和自由表面。
液体分子热运动的主要方式是在一个临时平衡位置附近做微小振动,并且可很快从一个平衡位置转移到另一个平衡位置上。
所以,液体具有流动性及扩散性,能保持一定容积,不能保持一定形状。
此外,在液体的自由表面上,液体的分子不断地在蒸发。
(三)气体 气体分子之间平均距离最大,比其分子直径还大,因此,气体分子间的作用力(除互相撞碰的瞬间外)很小,以致气体的分子可以在不断地无规律的运动,也可以理解为气体分子可以自由地在空间飞行,并不断地互相碰撞或撞击容器壁。
故气体既无一定形状,也没有固定的体积。
将一定量气体置于任何容器内(不论容器大小)该气体就可均匀地分布在它所处的容器内。
气体无容器约束将会逸到整个空间。
地球周围的空气如没有地球的吸引力,空气分子即将弥散到整个宇宙。
四、气体的物理量
衡量气体的物理性质常使用:
质量、体积、压力、温度。
(一)质量(M)即气体的重量,以毫克(mg)、克(g)、千克(kg)、吨(t)来表示。
(二)压力(Pa)气体分子运动时对容器壁的撞击时产生的力称压力。
对容器单位面积(cm2)所产生的压力叫压强。
压强的单位习惯上使用毫米汞柱(mmHg)/平方厘米(cm2),国际通用(法定计量)帕(Pa)、千帕(kPa)、兆帕(MPa)。
经换算1mmHg=133.3Pa=0.1333kPa,1MPa=1000kPa=1000000Pao1ATA=0.1MPao
(三)温度 气体温度是气体分子热运动产生的。
气体温度的单位常用摄氏(℃)表示,水结冰的温度为0℃。
物理学上常使用绝对温度,用“K”表示。
绝对温度以—273℃作为零度。
摄氏和绝对温度的关系是T=t+273。
比如某气体温度为37℃,以绝对温度表示为37℃+273℃=310°K。
(四)体积 是指气体所处的容器之容积。
常以立方毫米(mm3)、立方厘米(cm3)、立方米(m3)表示。
(五)气体的压强 作用在单位面积上的力称压强,习惯用mmHg/cm2、或Kg/cm2表示,国际通用Pa/cm2。
大气压强为760mmHg/cm2、1kg/cm2、0.1Mpa/cm2,称为一个大气压力(ATA)。
压强是用来测量、计算气体压力的物理量。
如果用压力表测量高压舱的压力,未加压时舱内为一个大气压力(1ATA、0.1MPa/cm2、760mmHg/cm2),但压力表指针指在“0”位置。
若给高压舱增加一个大气压力,表的指针在1kg/cm2、1ATA、0.1MPa/cm2、760mmHg/
cm2。
我们把表针指示的压力(1ATA)称表压、附加压、相对压力。
而实际上此时舱内的压强应该是1个大气压力加上附加压(表压)1个大气压为2个大气压,称绝对压力。
了解上述压力、压强的换算关系,即可将既往习惯计量换算为法定计量单位。
压力
1.压力及各种压力单位的换算关系 2.绝对压力、表压力和真空度
…压力及各种压力单位的换算关系
压力是单位面积上所承受的垂直作用力(物理上称为压强)。
其物理本质可据气体分子运动理论理解:
装在容器中的大量分子,总是处于永远不停的热运动之中,它们除了相互碰撞之外,还不断地和容器壁碰撞。
大量分子碰撞容器壁的总结果,形成了气体对容器壁的压力。
压力的单位为帕(斯卡),单位符号为Pa,1Pa=1N/m2,工程上因Pa作为单位太小,常用kPa(千帕)、MPa(兆帕),1kPa=1000Pa、1MPa=1×106Pa。
以前在工程上使用的压力单位还有
(巴)和
(标准大气压)等。
它们与Pa(帕)的换算关系见表(1-1)。
表1-1各种压力单位与帕的换算关系
单位名称
单位代号
与帕的换算关系
巴
1bar=105 Pa或0.1MPa
标准大气压
1atm=101325Pa=1.01325bar
毫米水柱
1
=9.80665Pa
毫米汞柱
1
=133.3224Pa
工程大气压
1
=98066.5Pa
返回
…绝对压力、表压力和真空度
工程上测量压力一般常采用弹簧管式压力表,当压力不高时也可用U型管压力计来测定。
目前愈来愈多的采用电子技术的测压设备已进入工程领域。
无论什么压力计,因为测压元件本身都处在当地大气压力的作用下,因此测得的压力值都是工质的真实压力与当地大气压力间的差。
见图1-1所示。
图1-1表压力、真空度概念示意图
工质的真实压力称为“绝对压力”,以
表示。
当地大气压力以
表示,绝对压力大于当地大气压力时,压力表指示的压力值称为表压力,用
表示:
(1-5)
当绝对压力低于当地大气压力时,用真空表测得的数值,即绝对压力低于当地大气压力的数值,称“真空度”,用
表示:
(1-6)
当地大气压力的值可用气压计测定,其数值随所在地的纬度、高度和气候等条件而有所不同。
绝对压力、表压力、真空度和当地大气压力的关系可归纳为图1-2所示。
图1-2绝对压力、表压力、真空度和当地大气压力的关系
☆
表压力和真空度都是测压仪表反映的数据,热工计算中气体的压力应是其真实压力,所以热工计算中的压力是绝对压力。
在热工计算中压力应使用绝对压力还是表压力或真空度?
☆
不,当地大气压是指测压仪表所在环境的压力,如果仪表设置在大气环境中当地大气压即是大气压;如果仪表在某个密封的小室内,则当地大气压为该小室压力。
当地大气压就是系统所在地的大气压力?
☆
不能肯定,因测压的仪表测量的是气体真实压力与当地大气压力的差值,所以,即使绝对压力不变,随着当地大气压的改变,表压力和真空度也要发生变化,表示工质状态参数的压力,只能用绝对压力。
因此,仅凭表压力下降不能断定钢瓶在运输过程中发生泄漏,还应考虑压力表读数下降值与当地大气压变化值的关系。
在某地测得密封绝热的钢瓶中气体压力为
=0.1MPa,运送到海拔相去甚远的另一地后发现测压表上的读数下降,能否就此判定钢瓶在运输过程中发生泄漏?
长度换算
1千米(km)=0.621英里(mile)1米(m)=3.281英尺(ft)=1.094码(yd)
1厘米(cm)=0.394英寸(in)1英里(mile)
=1.609千米(km)1英寸(fm)=1.829(m)
1英寸(in)=2.54厘米(cm)
1海里(nmile)=1.852千米(km)1码(yd)=3英尺(ft)
1杆(rad)=16.5英尺(ft)
1英里(mile)=5280英尺(ft)
1海里(nmile)=1.1516英里(mile)
1英尺(ft)=12英寸(in)
面积换算
1平方公里(km2)=100公顷(ha)=247.1英亩(acre)=0.386平方英里(mile2)
1平方米(m2)=10.764平方英尺(ft2)
1公顷(ha)=10000平方米(m2)=2.471英亩(acre)
1平方英寸(in2)=6.452平方厘米(cm2)
1英亩(acre)=0.4047公顷(ha)=4.047×10-3平方公里(km2)
=4047平方米(m2)
1平方英尺(ft2)=0.093平方米(m2)
1平方码(yd2)=0.8361平方米(m2)
1平方米(m2)=10.764平方英尺(ft2)
1平方英里(mile2)=2.590平方公里(km2)
体积换算
1美吉耳(gi)=0.118升
(1)1美品脱(pt)=0.473升
(1)
1美夸脱(qt)=0.946升
(1)1美加仑(gal)=3.785升
(1)
1桶(bbl)=0.159立方米(m3)=42美加仑(gal)
1英亩·英尺=1234立方米(m3)
1立方英寸(in3)=16.3871立方厘米(cm3)
10亿立方英尺(bcf)=2831.7万立方米(m3)
1万亿立方英尺(tcf)=283.17亿立方米(m3)
1百万立方英尺(MMcf)=2.8317万立方米(m3)
1千立方英尺(mcf)=28.317立方米(m3)1英加仑(gal)=4.546升
(1)
1立方英尺(ft3)=0.0283立方米(m3)=28.317升(liter)
1立方米(m3)=1000升(liter)=35.315立方英尺(ft3)=6.29桶(bbl)
质量换算
1长吨(longton)=1.016吨(t)1千克(kg)=2.205磅(lb)
1磅(lb)=0.454千克(kg)[常衡]1盎司(oz)=28.350克(g)
1短吨(sh.ton)=0.907吨(t)=2000磅(lb)
1吨(t)=1000千克(kg)=2205磅(lb)=1.102短吨(sh.ton)
=0.984长吨(longton)
密度换算
1磅/(lb/ft3)=16.02千克/米3(kg/m3)
API度=141.5/15.5℃时的比重-131.5
1磅/英加仑(lb/gal)=99.776千克/米3(kg/m3)
1波美密度(B)=140/15.5℃时的比重-130
1磅/英寸3(lb/in3)=27679.9千克/米3(kg/m3)
1磅/美加仑(lb/gal)=119.826千克/米3(kg/m3)
1磅/(石油)桶(lb/bbl)=2.853千克/米3(kg/m3)
1千克/米3(kg/m3)=0.001克/厘米3(g/cm3)=0.0624磅/英尺3(lb/ft3)
运动粘度换算
1斯(St)=10-4米2/秒(m2/s)=1厘米2/秒(cm2/s)
1英尺2/秒(ft2/s)=9.29030×10-2米2/秒(m2/s)
1厘斯(cSt)=10-6;米2/秒(m2/s)=1毫米2/秒(mm2/s)
动力粘度换算
动力粘度1泊(P)=0.1帕·秒(Pa·s)1厘泊(cP)=10-3帕·秒(Pa·s)
1磅力秒/英尺2(lbf·s/ft2)=47.8803帕·秒(Pa·s)
1千克力秒/米2(kgf·s、m2)=9.80665帕·秒(Pa·s)
力换算
1牛顿(N)=0.225磅力(lbf)=0.102千克力(kgf)
1千克力(kgf)=9.81牛(N)
1磅力(lbf)=4.45牛顿(N)1达因(dyn)=10-5牛顿(N)
温度换算
K=5/9(°F+459.67)K=℃+273.15
n℃=(5/9·n+32)°Fn°F=[(n-32)×5/9]℃
1°F=5/9℃(温度差)
压力换算
压力1巴(bar)=105帕(Pa)1达因/厘米2(dyn/cm2)=0.1帕(Pa)
1托(Torr)=133.322帕(Pa)1毫米汞柱(mmHg)=133.322帕(Pa)
1毫米水柱(mmH2O)=9.80665帕(Pa)1工程大气压=98.0665千帕(kPa)
1千帕(kPa)=0.145磅力/英寸2(psi)=0.0102千克力/厘米2(kgf/cm2)=0.0098大气压(atm)
1磅力/英寸2(psi)=6.895千帕(kPa)=0.0703千克力/厘米2(kg/cm2)=0.0689巴(bar)=0.068大气压(atm)
1物理大气压(atm)=101.325千帕(kPa)=14.696磅/英寸2(psi)=1.0333巴(bar)
1磅/英寸2(psi)=0.006895兆帕(MPa)=0.0703千克/厘米2(kg/cm2)=0.0689巴(bar)=0.068大气压(atm)
1巴(bar)=0.1兆帕(MPa)=14.503磅/英寸2(psi)=1.0197千克/厘米2(kg/cm2)=0.987大气压(atm)
1大气压(atm)=0.101325兆帕(MPa)=14.696磅/英寸2(psi)=1.0333千克/厘米2(kg/cm2)=1.0133巴(bar)
1兆帕(MPa)=145磅/英寸2(psi)=10.2千克/厘米2(kg/cm2)=10巴(bar)=9.8大气压(atm)
传热系数换算
1千卡/米2·时(kcal/m2·h)=1.16279瓦/米2(w/m2)
1千卡/(米2·时·℃)〔1kcal/(m2·h·℃)〕
=1.16279瓦/(米2·开尔文)〔w/(m2·K)〕
1英热单位/(英尺2·时·°F)〔Btu/(ft2·h·°F)〕
=5.67826瓦/(米2·开尔文)〔(w/m2·K)〕
1米2·时·℃/千卡(m2·h·℃/kcal)
=0.86000米2·开尔文/瓦(m2·K/W)
热导率换算
1千卡(米·时·℃)〔kcal/(m·h·℃)〕
=1.16279瓦/(米·开尔文)〔W/(m·K)〕
1英热单位/(英尺·时·°F)〔But/(ft·h·°F)
=1.7303瓦/(米·开尔文)〔W/(m·K)〕
比容热换算
1千卡/(千克·℃)〔kcal/(kg·℃)〕
=1英热单位/(磅·°F)〔Btu/(lb·°F)〕
=4186.8焦耳/(千克·开尔文)〔J/(kg·K)〕
热功换算
1卡(cal)=4.1868焦耳(J)1大卡=4186.75焦耳(J)
1千克力米(kgf·m)=9.80665焦耳(J)
1英热单位(Btu)=1055.06焦耳(J)
1千瓦小时(kW·h)=3.6×106焦耳(J)
1英尺磅力(ft·lbf)=1.35582焦耳(J)
1米制马力小时(hp·h)=2.64779×106焦耳(J)
1英马力小时(UKHp·h)=2.68452×106焦耳
1焦耳=0.10204千克·米
=2.778×10-7千瓦·小时
=3.777×10-7公制马力小时
=3.723×10-7英制马力小时
=2.389×10-4千卡
=9.48×10-4英热单位
功率换算
1英热单位/时(Btu/h)=0.293071瓦(W)
1千克力·米/秒(kgf·m/s)=9.80665瓦(w)
1卡/秒(cal/s)=4.1868瓦(W)1米制马力(hp)=735.499瓦(W)
速度换算
1英里/时(mile/h)=0.44704米/秒(m/s)
1英尺/秒(ft/s)=0.3048米/秒(m/s)
渗透率换算
1达西=1000毫达西1平方厘米(cm2)=9.81×107达西
地温梯度换算
1°F/100英尺=1.8℃/100米(℃/m)
1℃/公里=2.9°F/英里(°F/mile)=0.055°F/100英尺(°F/ft)
油气产量换算
1桶(bbl)=0.14吨(t)(原油,全球平均)
1万亿立方英尺/日(tcf/d)
=283.2亿立方米/日(m3/d)
=10.336万亿立方米/年(m3/a)
10亿立方英尺/日(bcf/d)
=0.2832亿立方米/日(m3/d)
=103.36亿立方米/年(m3/a)
1百万立方英尺/日(MMcf/d)
=2.832万立方米/日(m3/d)
=1033.55万立方米/年(m3/a)
1千立方英尺/日(Mcf/d)
=28.32立方米/日(m3/d)
=1.0336万立米/年(m3/a)
1桶/日(bpd)=50吨/年(t/a)(原油,全球平均)
1吨(t)=7.3桶(bbl)(原油,全球平均)
气油比换算
1立方英尺/桶(cuft/bbl)=0.2067立方米/吨(m3/t)
热值换算
1桶原油=5.8×106英热单位(Btu)
1吨煤=2.406×107英热单位(Btu)
1立方米湿气=3.909×104英热单位(Btu)
1千瓦小时水电=1.0235×104英热(Btu)
1立方米干气=3.577×104英热单位(Btu)(以上为1990年美国平均热值)
(资料来源:
美国国家标准局)
热当量换算
1桶原油=5800立方英尺天然气(按平均热值计算)
1立方米天然气=1.3300千克标准煤
1千克原油=1.4286千克标准煤
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