本章要点：
流体的主要物理参数，流动阻力和能量损失
传热和换热器
工质的状态及常用工质简介
几个常用的定律：能量守恒定律、质量守恒定律、热力学定律
蒸气压缩式制冷原理
自动调节系统的基本概念、基本调节规律和参数整定
计算机控制技术
集散控制系统与现场总线控制系统
2.1流体的主要物理参数
流体是气体、液体的统称。建筑设备（如制冷与空调设备、给排水设备等）是以流体作为载能物质，实现能量转换或转移的。
2.1.1压力与真空
1.压力
将液体、气体物质盛在密闭容器里，由于分子不停地运动，不断地与容器器壁发生碰撞，这种碰撞就表现为液体或气体对容器器壁产生压力，这个压力的方向总是垂直于容器表面的，其压力的大小视受力的面积而定，也与物质的性质和状态有关。
在物理学上，将单位面积上所受到的压力大小称为压强。即：
p＝F/S
式中p——压强，Pa；S——压力所作用的面积，平方米；
F——面积S上的压力，N。
在工程中，人们习惯把物理学中的压强简称为压力。本书文中以后出现的压力值，就是指压强的大小。
2.大气压
空气分子有一定的质量，气体分子不停地运动，不断地与物体表面碰撞，这就产生了压力。
空气对地球表面所产生的压力称为大气压力，简称大气压。大气压的大小与海拔高度和温度有关，所以规定了标准大气压（也称物理大气压，记为atm），即在海平面高度、纬度为45°、温度为0℃时所测得的大气压力，其值为101.325kPa（760mmHg），约为0.1MPa。即：
1atm＝760mmHg＝101.325kPa≈0.1MPa
3.压力单位
在国际单位制中，力的单位为牛顿（N），面积的单位为平方米（m2），则压力的单位为牛顿/平方米（N/m2），称为帕斯卡，简称帕，用符号Pa表示。即：
1Pa＝1N/平方米
在工程技术中，帕的单位太小，常常使用兆帕（MPa）为单位。
1MPa＝106Pa
在工程技术中为了计算方便，把大气压值取为1kgf/平方厘米来使用，成为工程上使用的工程单位，称为一个工业大气压（也称工程大气压，记为at）。工业大气压与帕（Pa）的关系为：
1at＝1kgf/cm2＝9.8×104Pa≈0.1MPa
建筑设备工程中使用的压力表，现在都以MPa为单位进行刻度标注，旧压力表以kgf/cm2为单位标注。
压力的大小还可以用液柱的高度来表示。常用的液体有汞（水银）和水，相应的压力单位为毫米汞柱（mmHg）和毫米水柱（mmH2O）。由于p＝ρgh。故：
1mmHg＝（13.6×103）×9.8×10－3Pa≈133.3Pa
1mmH2O＝（1×103）×9.8×10－3Pa＝9.8Pa
除了汞和水以外，其他液体（如硅油）也可以由其液柱高度来表示压力，只要知道这种液体的密度，就能换算成单位为帕的压力值。
4.压力单位的换算
5.绝对压力、相对压力和真空
气体的压力若以绝对真空作为测量的基准，所得到的压力值为绝对压力，用pa表示，使用气体压力计测定。如果以当地大气压（记为B，约0.1MPa）作为测量的基准点，所测得的压力为相对压力（俗称表压），用pq表示，使用压力表测量得到的压力。绝对压力与相对压力的关系为：
pa＝pq＋B
当pa＞B时，pq为正值，习惯上称为正压；当pa＜B时，pq为负值，习惯上称为负压，此时pq的绝对值习惯上称为真空度，用pv表示。凡是气体低于当地大气压的状态统称为真空。
真空分为低真空、高真空和超高真空。
一般在设计计算时使用绝对压力，而在工程的调试安装时采用相对压力。
6.流体的静压力
静止流体内部单位面积上的法向表面力称为流体的静压力，即物理学所称的静压强。从实验可知，流体内部任一点处静压力的大小与作用面方向无关，或者说同一点处各方向的静压力大小相等。
（1）液体的静压力
液体静压力的分布规律有以下几点：
①液面下h深处任一点的静压力p由作用于液面上的外界压力po和由单位截面上液柱的自重ρgh两部分组成，且同一点处各个方向的静压力大小相等为：
p＝po＋ρgh
②po一定时，处在液面下同一深度各点的静压力大小相等，即静止液体内部的等压面为水平面。
③静压力的分布与容器的形状无关。在连通器内，连通的液体在同一水平面上各点的静压力相等。
④po变化时，液体内部各点的静压力将作同样变化。可见，作用于液面的外界压力能等值地在液体内部向各个方向传递，这就是帕斯卡原理。
（2）气体的静压力
气体的ρgh很小，在高差h不大时，ρgh项可忽略不计。因此，气体内部的静压力一般认为与其所受外界压力相等，即p＝po。
2.1.2温度
1.温度的物理意义
任何物质都是由分子组成的，分子具有原物质的基本化学性质。无论物质处于何种状态，分子之间始终存在着一定的间隙，存在着相互作用力，而且始终在不断地运动。物质分子的平均运动速度大小决定了物质的温度。物质分子运动的速度越大，物质的温度越高；分子运动速度越小，则物质的温度越低。
温度实质上反映了物质分子热运动的剧烈程度。
2.温标
物质的冷热程度用温度计进行测量。凭人的感觉判断温度是不准确的，容易产生错觉，比如冬季在同样的温度下，当风速较大时，人会感觉冷，当湿度大时也会感到冷。
（1）摄氏温度（℃）
在一个标准大气压下，以水的冰点为0℃、沸点为100℃，把其间分成100等分，每一等分为摄氏1度，记作1℃。按此分割制成的温度测量仪器称为摄氏温度计。
（2）华氏温度（稠）
在一个标准大气压下，以水的冰点为32稠、沸点为212稠，把其间分成180等分，每一等分为华氏1度，记作1稠。按此分割制成的温度测量仪器称为华氏温度计。
（3）热力学温度（K）
在一个标准大气压下，以水的冰点为273K、沸点为373K，把其间分成100等分，每一等分为开氏1度，记作1K。
当物质的温度达到0K时，物质的分子停止了运动，把这个温度称为热力学零度。热力学温度也称开氏温度。
3.三种温标换算
在工程技术中我国使用的是摄氏温度和开氏温度。某些进口设备的技术指标中则使用华氏温度。几种温标之间的关系如下：
由摄氏温度换算成华氏温度，按下式计算：
F＝95/t＋32
式中F——华氏温度，稠；t——摄氏温度，℃。
把华氏温度换算为摄氏温度，由下式计算：
t＝59/（F－32）
式中t——摄氏温度，℃；F——华氏温度，稠。
开氏温度与摄氏温度的关系式如下：
T＝t＋273
式中T——热力学温度，K；t——摄氏温度，℃。
4.温度的测量
测量物体温度的仪器叫温度计，温度计有水银温度计、酒精温度计、数字型温度计、热电偶式温度计等，它们都以摄氏温度为计量单位。家庭中使用的寒暑表是酒精温度计，它把摄氏温度和华氏温度两种温标同时标出。
2.1.3热量
1.热能与热量
物体温度升高要从外界吸收热量，而温度下降则要向外界放出热量。如果要使水的温度升高，必定要用燃料对其加热，或用电能及其他能对其供热。热量是表示物体吸热或放热多少的物理量，也是能量的一种表现形式，热量只在热能转移过程中才有意义。物质具有的热能，是指物质所具有的分子动能和分子位能之总和，物质的热动能（分子动能）是由分子的无规则运动产生的。物质受压力、日光照射、通电、化学作用或燃烧等，均可使分子运动加剧，引起热动能的增加。热位能（分子位能）是由物质分子间的相对位置决定的，物质接受外界能量而膨胀或改变其形态，例如由液态变为气态，将使分子间的距离加大，这就转换为物质的位能。
2.热量的单位与换算
（1）千卡（kcal）
工程单位制中热量的单位为千卡（kcal），1kcal为1kg纯水在一个标准大气压下温度升高1℃所需要的热量。在上述条件下把1g纯水升高1℃所需的热量称为1cal。
1kcal＝1000cal
（2）焦耳（J）
在国际单位制中热量的单位为焦耳（J）。
1J＝0.24cal
1kJ＝0.24kcal
（3）英热单位（Btu）
英制热量单位是“英热单位”，简写成“Btu”。其定义是：1磅（1磅合0.454kg）的纯水温度升高或降低1稠所吸收或放出的热量，称为1个英热单位（Btu）。
1Btu＝0.252kcal＝1.05kJ
4.显热、潜热、汽化热、液化热
（1）显热
当物体不断吸收热量，物质分子的动能增大，使物体温度升高，但并没有引起物质状态发生变化，这时物体所吸收的热能称为显热。放热过程同理。例如，标准大气压下，水从20℃加热到80℃时，水的状态没有发生变化，则水所吸收的热能为显热。
（2）潜热
当物体不断吸收（或放出）热量，使物质分子的位能增加（或减少），而物体温度不发生变化，仅使物质的状态发生变化，这时物体所吸收或放出的热能称为潜热。比如标准大气压下，水在100℃时继续被加热，使之变为100℃的水蒸气，此时，水的状态发生变化，则水所吸收的热能为潜热。
（3）汽化热
物质由液态变为气态，必须吸收热量才能实现。某物质在汽化温度下，1kg液态物质蒸发变为同温度的气态物质所需的热量称为该物质的汽化热，单位是kJ/kg。制冷系统就是利用制冷剂的汽化热而实现人工制冷的。实验证明：同一种物质，在不同的压力下汽化，汽化热不同；同一种物质，在不同的温度下汽化，汽化热也不同。
在密闭容器中，液体发生汽化的同时，有一部分蒸气分子因失去能量回到液体表面。当蒸发离开液体表面的分子数与回到液体表面的分子数相等时，达到动态平衡，这时的蒸气状态称为饱和蒸气，相应的蒸气压力称为饱和蒸气压。饱和蒸气压与温度有关，温度越高，饱和蒸气压越高。
（4）液化热
液化是将处于气态的物质冷却或压缩，使气态物质变为液态物质的过程。使饱和蒸气变为饱和液体的过程称为冷凝。冷凝是放热过程。
在液化温度下，1kg气态物质冷凝为同温度的液态物质所放出的热量称为该物质的冷凝热。单位是kJ/kg。显然，同一种物质在相同的条件下，其汽化热和液化热是相等的。
5.物质热量交换计算
（1）物质温度变化时热量得、失计算
物体温度的变化伴随着热量的转移，即得到热量或失去热量。其计算式为：
Q＝cm（t2－t1）
式中Q——热量，kJ；c——物质比热，kJ/（kg·℃）；
t1——物体初始温度，℃；
t2——物体终止温度，℃。
（2）物质集态变化时的热量交换计算
单位质量工质在某压力下沸腾汽化或冷凝时，需要吸收或放出的热量称为汽化潜热，用r表示，单位为kJ/kg。常见工质的r值可查热工参数手册获得。mkg工质汽化或冷凝时所吸收或放出的潜热为：
Q＝rm
【例2-1】1atm下，10kg的水从20℃变成200℃的水蒸气，所吸收的热量为多少？
解：在这一热力过程中，水经历了三个阶段：①20℃的水吸热变为100℃的水，水的状态未变都为液体，这是一个显热过程，吸热量记为Q显1；②从100℃的水，变为100℃的水蒸气，状态发生变化，这是一个潜热过程，吸热量记为Q潜；③从100℃的水蒸气继续吸热变为200℃的水蒸气，状态未变化，这是一个显热的过程，吸热量记为Q显2。
2.2流动阻力和能量损失
2.2.1流体的压缩性和热胀性
一定量流体所受外界压力增大时，其体积将缩小，密度会增大，该性质称为流体的压缩性；一定量流体因受热温度升高时，其体积将增大，密度会减小，该性质称为流体的热胀性。气体的压缩性和热胀性比液体显着。一般情况下，可将液体视为不可压缩流体。液体的热胀性很小，工程计算中常忽略不计，但在一些特殊情况下仍须考虑，如中央空调系统的闭式冷（热）水循环系统中需设置膨胀水箱就是一例。
2.2.2流体的黏滞性
用流速仪测量管道中某一断面上各点的流速可知，轴心处流速最大，沿管径从轴心到管壁流速逐渐减小，直至为零。图示表明，流体在管道中流动时，沿管径方向分成许多流层，各流层流速大小不同，相邻两流层有相对运动，因此，在流层间产生摩擦力，这称为黏滞力。流体具有黏滞力的特性，就是流体的黏滞性。
2.2.3流动阻力及阻力损失的两种形式
1.沿程阻力和沿程损失
流体在直管中流动时，由于流体的黏滞性和管壁对流体的阻滞作用所受的摩擦阻力，称为沿程阻力。为了克服沿程阻力而消耗的单位质量流体机械能，称为沿程损失，用hf表示。hf分布在管段的全程，与管段的长度成正比，也称为长度损失。