第六章化工过程能量分析
第六章 化工过程能量分析
6.1热力学第一定及应用6.2热力学第二定建及应用6.3理想功、损失功和热力学效率6.4有效能6.5化工过程能量分析及合理用能
6.1热力学第一定律及应用 6.2热力学第二定律及应用 6.3理想功、损失功和热力学效率 6.4 有效能 6.5化工过程能量分析及合理用能
基本概念体系：划定的研究对象，开体系（开系），封闭体系（闭系），孤立体系环境：与体系密切相关的，有相互作用或者相互影响的其余部分过程：体系从一个平衡态到另一个平衡态的转换，描述一个过程一般包括始态、末态（终态）、途径
体系：划定的研究对象，敞开体系（开系），封闭体系（闭 系），孤立体系 环境：与体系密切相关的，有相互作用或者相互影响的其余 部分 过程： 体系从一个平衡态到另一个平衡态的转换，描 述一个过程一般包括始态、末态（终态）、途 径 基本概念
能量的种类内能：又成热力学能，用U表示，是系统内部所有粒子除整体势能和整体动能外全部能量的总和。分子内势能、分子内的能量分子内动能、物系整体具有的能量，以E表示，物质具有质量m动能：以速度u运动，则动能Ek=（mu2）/2位能：物系整体具有的重力势能，以E,表示，物质具有质量m，与势能基准面的垂直距离为z，则物系具有的势能E。=mgz
能量的种类 内能：又成热力学能，用U表示，是系统内部所有粒子 除整体势能和整体动能外全部能量的总和。 分子内动能、 动能： 物系整体具有的能量，以Ek表示，物质具有质量m， 以速度u运动，则动能Ek＝（mu2）/2 位能：物系整体具有的重力势能，以Ep表示，物质具有质 量m，与势能基准面的垂直距离为z，则物系具有的 势能Ep ＝mgz 分子内势能、 分子内的能量
热：由于温差而引起的能量传递，以Q表示，物系得热为正值，物系向环境放热时Q为负功：阝除了热Q外传递的能量均成为功，以W表示，物系得功时为正值，物系向环境做功为负值。上述能量又可分为两大类热内能传递能动能储存能人位能功
热：由于温差而引起的能量传递，以Q表示，物系得 热为正值，物系向环境放热时Q为负。 功：除了热Q外传递的能量均成为功，以W表示，物系得功 时为正值，物系向环境做功为负值。 上述能量又可分为两大类 储存能 内能 动能 位能 传递能 热 功
封闭体系：只有能量交换，与物质交换有关的动能和位能项为零，能量衡算式为：△U=q+w6.1.1开系稳流过程热力学第一定律体系与环境有物质的交换。开系的特点：2除有热功交换外，还包括物流输入和输出携带能量。开系的划分：>可以是化工生产中的一台或几台设备。可以是一个过程或几个过程。可以是一个化工厂
封闭体系：只有能量交换，与物质交换有关的动能 和位能项为零，能量衡算式为： △U＝q+w 6.1.1 开系稳流过程热力学第一定律 开系的特点： ① 体系与环境有物质的交换。 ② 除有热功交换外，还包括物流输入和 输出携带能量。 开系的划分：➢ 可以是化工生产中的一台或几台设备。 ➢ 可以是一个过程或几个过程。 ➢ 可以是一个化工厂
所有质量和能量的流速均为常量。稳流过程开系内没有质量和能量积累的现象。任何系统能量平衡：(能)-(能)±=(能)）积累单位质量流体携带的能量e为：ue=u+ gz +2z——位高g一一重力加速度u一流体的平均流速
稳流过程 所有质量和能量的流速均为常量。 开系内没有质量和能量积累的现象。 任何系统能量平衡： ( ) − = ( ) ( ) 能 入 能 出 能 积累 单位质量流体携带的能量e为： 2 2 1 e = u + gz + u z——位高 g——重力加速度 u——流体的平均流速
换热器AZQZ.透平机WII基准水平面图6-1稳定流动过程
图 6-1 稳定流动过程 换 热 器 透平机 Vi Vj ui Q Zi Ws Z Z j 基准水平面 I II uj
dE0dt=Q+W, +Z(h,m, -h,m,)+ Z(m,g;z, -m,g,zZ(m,u -2mi:. Q + W,=△H+= Au?+gz2
= 0 dt dE s i i j j i i i j j j ( ) ( ) i j = + + − + − Q W h m h m m g z m g z + − 2 2 2 1 2 1 mi ui mj uj 1 2 + Q W H g z s 2 = + u +
当只有一股物料流入和流出：m,=m,=m则上式：△H = m(h, - h,) = m△h△E, = g(z, - z,) = mg△z--=mu?AEk-mu-一22则: mh+mgz+=m△u2=Q+W2同除m变为单位质量h+ gz+=u? = q+ w,2一开系稳流过程的能量衡算式一开系稳流过程的热力学第一定律
当只有一股物料流入和流出： mi = mj = m 则上式： H m h h m h = ( j − i ) = E g z z mg z p = ( j − i ) = 2 2 2 2 1 ( ) 2 1 E m u u m u k = j − i = 1 2 2 则 m h mg z m u Q W + + = + s : 同除m变为单位质量： 1 2 2 s + + = + h g z u q w －开系稳流过程的能量衡算式 －开系稳流过程的热力学第一定律