談及蒸汽機，體積大小總是個繞不開的話題。在宋毅騁所處的年代，蒸汽機火車的車頭看似龐大，實際上那隻是用來燒蒸汽的鍋爐罷了。真正發揮關鍵作用，產生推力讓火車前行的蒸汽機活塞部分，其實並不大——長度不過兩米，直徑也僅僅六十厘米。
因為是輔助動力，所以在帆船上的應用並不需要太大的功率。幾十馬力，甚至幾馬力便足以應對大多數情況。這樣的蒸汽機，其氣缸、曲軸和活塞部分的大小，甚至還沒有一個12馬力的單缸柴油機來得大。
以這80尺的帆船為例，蒸汽機作為輔助動力，全船僅需50匹馬力便完全可以應對。因為在正常航行的情況下，螺旋槳幾乎派不上用場，風帆的速度已然足夠。輔助螺旋槳主要是在萬一出現意外情況，比如誤入無風帶或者離港時才會啟用。
這個難度甚至比設計可折疊螺旋槳的技術難度還要小。既然是輔助動力，螺旋槳的尺寸也就可以相應縮小。直徑一尺便足夠使用，關鍵在於槳葉要能夠折疊，這樣在依靠風帆航行時，便可以減小水下的阻力。
正因為所需的馬力小，所以用來產生高壓蒸汽的鍋爐也就不需要太大。一個兩米長的鍋爐便足夠使用。鍋爐小了，自然消耗的煤炭也就相應減少。
“老爺，那需要多少煤啊？若是鍋爐終日不熄滅，恐怕…”金三兒擔憂的說道。
“好，那我們就來粗略計算一下…”
假設要把一千克的水從常溫25°c燒開至沸騰點100°c，那麽就需要計算水吸收的熱量。這個熱量主要由兩部分組成：
粗略的算算，可以使用比熱容來計算，水的比熱容大約是 4.186 kj\/(kg·°c)。因此，加熱1kg水從25°c到100°c所需的能量可以用以下公式計算：
q = m * c * Δt
也就是所需的熱量，單位焦耳，=質量，單位千克*水的比熱容4.186 千焦kj\/(kg·°c)* 溫度差75攝氏度。
那麽讓1千克水達到100度，所需的熱量就是1kg * 4.186k j\/(kg·°c) * 75°c= 313.95千焦
當然了，使水在100°c沸騰所需的汽化潛熱，這個有標準答案，那就是標準大氣壓下約需要2260 kj\/kg，也就是說這1千克開水還需要這麽多熱量才能氣化。
所以，理論上讓1千克水變成水蒸氣需要的總熱量是313.95千焦加上2260 kj，共2573.95千焦。
假設宋毅騁所有煤炭都是標準煤的熱值，也就是說1千克煤炭完全燃燒時所釋放的熱量是7000大卡或者千焦，千焦大於2573.95千焦，而且是10幾倍。那麽理論上1千克煤能讓10千克以上的水完全變成水蒸氣。
當然了，理論隻是理論，實際上受到熱量損失和鍋爐效率的影響，隻有部分熱量能用於產生蒸汽。
“老爺，這？小的聽不懂啊？”金三抓撓著頭發。
“沒關係，這個薄玨來處理就行。”說著宋毅騁看向薄玨，見他點頭，說明他是能理解的了的。
下一步，就需要計算運轉蒸汽機，每小時需要多少煤，但在此之前，需要先計算需要多少千克的蒸汽。
首先要知道，標準大氣壓下的飽和蒸汽，氣化所需的熱量是2260 kj\/kg，增壓會降低這個數值，大概在2倍大氣壓下，蒸汽的汽化潛熱是2200，4倍大氣壓下是2132。差距不大，所以就按照標準氣壓下的2260計算就可以了。
假設蒸汽機馬力為100馬力，換算成功率也就是等於瓦。
再次假設蒸汽機的效率為10%。
那麽蒸汽機每小時做的功就是：
瓦x 3600秒\/小時 = 焦耳\/小時
由於蒸汽機的效率是10%，所以實際上需要從蒸汽中吸收10倍於此的能量，那麽結果就是每小時需要焦耳的能量。
最後，可以使用這個能量值來計算所需的蒸汽質量：
所需蒸汽能量 ÷ 蒸汽的汽化潛熱 = 所需蒸汽質量
焦耳\/小時 ÷ 焦耳\/kg = 1170.7 kg\/小時
所以就是說，100馬力的蒸汽機，每小時需要1170千克的蒸汽。
那麽持續產生1170千克的水蒸氣，需要多少煤呢，之前的1千克煤能讓10千克水完全變成水蒸氣，這裏的水是25度，但現在，不需要每次都用冷水燒蒸汽，因為燒開之後會一直保持水溫在100度上下，所以，1千克煤炭是千焦，除以1千克蒸汽所需要的熱量2260千焦，那麽就是說，1千克煤炭能出大約13千克蒸汽。
那麽1170千克蒸汽除以13千克蒸汽就等於90千克煤炭。
也就是說100馬力的蒸汽機功率全開油門到底，同時水已經燒開的情況下，每小時還要消耗90千克煤炭來持續讓開水變成蒸汽。
所以50馬力的話，每小時就隻需要45千克煤炭了，24小時需要1080千克，那麽90天就需要千克，也就是97噸。
這還是馬力全開，保持50馬力的最大功率不停地情況下，100噸煤可以用90天。
也就是說，宋毅騁這個80尺的最小帆船，裝載100噸煤炭可以用90天。
但實際上，馬力全開的情況並不多，所以，90天的話，根本也就用不了這麽多煤，甚至30噸都永不了，想想以前家裏400平米的房子冬天燒鍋爐，一個冬天3、4個月，才用兩三噸煤，燒熱點，也不過四、五噸煤，因為燒暖氣是需要散熱進行熱交換的，但蒸汽機的鍋爐不但不需要熱交換，還要盡力的去保溫，所以90天保持鍋爐的水在100度上下，也就是這麽些煤。
當然了，也是可以裝這麽多的。
如果把煤炭壓實，密度大概是1.5，如果壓不實，可能密度就是1.2。
這也跟煤炭品種有關係。
按照1.5的密度，100噸煤需要66.67立方。
一個4米寬8米長，2米高的空間，就差不多完全可以裝下這100噸煤炭了。
正好80尺的帆船的底倉寬度有8米，高度有兩米多，長度有全長的三分一左右也有9米，所以，底倉一半兒都是裝的煤炭，另一半就是蒸汽鍋爐與蒸汽機設備，還有一些附屬設備。
這個長寬比還不到4比1，但是沒辦法，宋毅騁那個維度的小帆船，都是這樣的，90英尺的長度36英尺的寬度，多的是。
“老爺，看圖紙，這麽小的船，除了自重，再加上載重，這還能浮起來嗎？”金三兒指著圖紙說道。
因為是輔助動力，所以在帆船上的應用並不需要太大的功率。幾十馬力，甚至幾馬力便足以應對大多數情況。這樣的蒸汽機，其氣缸、曲軸和活塞部分的大小，甚至還沒有一個12馬力的單缸柴油機來得大。
以這80尺的帆船為例，蒸汽機作為輔助動力，全船僅需50匹馬力便完全可以應對。因為在正常航行的情況下，螺旋槳幾乎派不上用場，風帆的速度已然足夠。輔助螺旋槳主要是在萬一出現意外情況，比如誤入無風帶或者離港時才會啟用。
這個難度甚至比設計可折疊螺旋槳的技術難度還要小。既然是輔助動力，螺旋槳的尺寸也就可以相應縮小。直徑一尺便足夠使用，關鍵在於槳葉要能夠折疊，這樣在依靠風帆航行時，便可以減小水下的阻力。
正因為所需的馬力小，所以用來產生高壓蒸汽的鍋爐也就不需要太大。一個兩米長的鍋爐便足夠使用。鍋爐小了，自然消耗的煤炭也就相應減少。
“老爺，那需要多少煤啊？若是鍋爐終日不熄滅，恐怕…”金三兒擔憂的說道。
“好，那我們就來粗略計算一下…”
假設要把一千克的水從常溫25°c燒開至沸騰點100°c，那麽就需要計算水吸收的熱量。這個熱量主要由兩部分組成：
粗略的算算，可以使用比熱容來計算，水的比熱容大約是 4.186 kj\/(kg·°c)。因此，加熱1kg水從25°c到100°c所需的能量可以用以下公式計算：
q = m * c * Δt
也就是所需的熱量，單位焦耳，=質量，單位千克*水的比熱容4.186 千焦kj\/(kg·°c)* 溫度差75攝氏度。
那麽讓1千克水達到100度，所需的熱量就是1kg * 4.186k j\/(kg·°c) * 75°c= 313.95千焦
當然了，使水在100°c沸騰所需的汽化潛熱，這個有標準答案，那就是標準大氣壓下約需要2260 kj\/kg，也就是說這1千克開水還需要這麽多熱量才能氣化。
所以，理論上讓1千克水變成水蒸氣需要的總熱量是313.95千焦加上2260 kj，共2573.95千焦。
假設宋毅騁所有煤炭都是標準煤的熱值，也就是說1千克煤炭完全燃燒時所釋放的熱量是7000大卡或者千焦，千焦大於2573.95千焦，而且是10幾倍。那麽理論上1千克煤能讓10千克以上的水完全變成水蒸氣。
當然了，理論隻是理論，實際上受到熱量損失和鍋爐效率的影響，隻有部分熱量能用於產生蒸汽。
“老爺，這？小的聽不懂啊？”金三抓撓著頭發。
“沒關係，這個薄玨來處理就行。”說著宋毅騁看向薄玨，見他點頭，說明他是能理解的了的。
下一步，就需要計算運轉蒸汽機，每小時需要多少煤，但在此之前，需要先計算需要多少千克的蒸汽。
首先要知道，標準大氣壓下的飽和蒸汽，氣化所需的熱量是2260 kj\/kg，增壓會降低這個數值，大概在2倍大氣壓下，蒸汽的汽化潛熱是2200，4倍大氣壓下是2132。差距不大，所以就按照標準氣壓下的2260計算就可以了。
假設蒸汽機馬力為100馬力，換算成功率也就是等於瓦。
再次假設蒸汽機的效率為10%。
那麽蒸汽機每小時做的功就是：
瓦x 3600秒\/小時 = 焦耳\/小時
由於蒸汽機的效率是10%，所以實際上需要從蒸汽中吸收10倍於此的能量，那麽結果就是每小時需要焦耳的能量。
最後，可以使用這個能量值來計算所需的蒸汽質量：
所需蒸汽能量 ÷ 蒸汽的汽化潛熱 = 所需蒸汽質量
焦耳\/小時 ÷ 焦耳\/kg = 1170.7 kg\/小時
所以就是說，100馬力的蒸汽機，每小時需要1170千克的蒸汽。
那麽持續產生1170千克的水蒸氣，需要多少煤呢，之前的1千克煤能讓10千克水完全變成水蒸氣，這裏的水是25度，但現在，不需要每次都用冷水燒蒸汽，因為燒開之後會一直保持水溫在100度上下，所以，1千克煤炭是千焦，除以1千克蒸汽所需要的熱量2260千焦，那麽就是說，1千克煤炭能出大約13千克蒸汽。
那麽1170千克蒸汽除以13千克蒸汽就等於90千克煤炭。
也就是說100馬力的蒸汽機功率全開油門到底，同時水已經燒開的情況下，每小時還要消耗90千克煤炭來持續讓開水變成蒸汽。
所以50馬力的話，每小時就隻需要45千克煤炭了，24小時需要1080千克，那麽90天就需要千克，也就是97噸。
這還是馬力全開，保持50馬力的最大功率不停地情況下，100噸煤可以用90天。
也就是說，宋毅騁這個80尺的最小帆船，裝載100噸煤炭可以用90天。
但實際上，馬力全開的情況並不多，所以，90天的話，根本也就用不了這麽多煤，甚至30噸都永不了，想想以前家裏400平米的房子冬天燒鍋爐，一個冬天3、4個月，才用兩三噸煤，燒熱點，也不過四、五噸煤，因為燒暖氣是需要散熱進行熱交換的，但蒸汽機的鍋爐不但不需要熱交換，還要盡力的去保溫，所以90天保持鍋爐的水在100度上下，也就是這麽些煤。
當然了，也是可以裝這麽多的。
如果把煤炭壓實，密度大概是1.5，如果壓不實，可能密度就是1.2。
這也跟煤炭品種有關係。
按照1.5的密度，100噸煤需要66.67立方。
一個4米寬8米長，2米高的空間，就差不多完全可以裝下這100噸煤炭了。
正好80尺的帆船的底倉寬度有8米，高度有兩米多，長度有全長的三分一左右也有9米，所以，底倉一半兒都是裝的煤炭，另一半就是蒸汽鍋爐與蒸汽機設備，還有一些附屬設備。
這個長寬比還不到4比1，但是沒辦法，宋毅騁那個維度的小帆船，都是這樣的，90英尺的長度36英尺的寬度，多的是。
“老爺，看圖紙，這麽小的船，除了自重，再加上載重，這還能浮起來嗎？”金三兒指著圖紙說道。