化工熱力學(xué)chap5化工過(guò)程的能量分析-wenkub
2023-02-03 08:50:14 本頁(yè)面
【正文】 這就說(shuō)明了單一熱源不能轉(zhuǎn)換為功，必須有兩個(gè)熱源。 可逆過(guò)程具有過(guò)程的進(jìn)行的任一瞬間體系都處于熱力學(xué)平衡態(tài)的特征，因此， 體系的狀態(tài)可以用狀態(tài)參數(shù)來(lái)描述。 ? 逆向進(jìn)行時(shí)，體系恢復(fù)始態(tài)，環(huán)境留下痕跡 。 ? 對(duì)產(chǎn)功的可逆過(guò)程 ， 其產(chǎn)功最大 ， 對(duì)耗功的可逆過(guò)程 ， 其耗功最小 。 也即 ? 根據(jù) （ 5－ 16） WsQH ???021 2 ?? u 0?? ZgWsQZguH ??????? 22115 2） 對(duì)化工設(shè)備類：如反應(yīng)器 ， 熱交換器 ， 閥門 ， 管道等 ? 0?? Zg021 2 ??u? QH ??且 Ws=0 （ 5— 17） ?這個(gè)式子的物理意義表現(xiàn)在：體系狀態(tài)變化，如發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，相變化，溫度變化時(shí)，與環(huán)境交換的熱量（反應(yīng)熱，相變熱，顯熱）等于體系的焓變。 gZuUE ??? 222. 能量平衡方程一般形式 代入（ 56） 式，整理，得到 H=U+PV gZuUE ???22將 (57) ??? 11211 )2( mgZuH ? WsQmgZuH ??? ????22222 )2()(mEd?10 三 .能量平衡方程的應(yīng)用 ? ：無(wú)質(zhì)量交換，限定質(zhì)量體系 δm1=δm2=0 ?? δQ+δWs=d(mE) 封閉體系 不存在流動(dòng)功 0)2( 2 ?ud ? ? 0?gZdδWs=δW δQ+δWs=mdU 于是有 δQ+δW=mdU， 對(duì)單位質(zhì)量的體系有 du =δQ+δW 積分： Q+W=ΔU (511) 又 md Umd EmEd ??)(? ?11 穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程，表現(xiàn)在流動(dòng)過(guò)程中體系內(nèi) (1)每點(diǎn)狀態(tài)不隨時(shí)間變化 (2)沒(méi)有質(zhì)量和能量的積累 由式 (59)可得到穩(wěn)流體系的一般能量平衡方程 12 (1)一般能量平衡方程 對(duì)穩(wěn)流體系 ,由式 (59)得： ??? 11211 )2( mgZuH ? 0)2( 22222 ????? WsQmgZuH ???δm1=δm2=δm ? (H2H1) δm+ (u22u12) δm+g(Z2Z1) δmδWsδQ=0 ?21積分： WsQZguH ??????? 221（ 5－ 13） 13 3） 式 （ 513） 應(yīng)用條件是穩(wěn)流體系 ， 不受過(guò)程是否可逆以及流體性質(zhì)的影響 。 封閉體系是以固定的物質(zhì)為研究對(duì)象 。 3 能量平衡方程 ? 一 ． 熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì) 熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)就是能量在數(shù)量上是守恒的 基本形式為： Δ （ 體系的能量 ） ＋ Δ （ 環(huán)境的能量 ） ＝ 0 或 Δ （ 體系的能量 ） ＝－ Δ （ 環(huán)境的能量 ） 體系的能量的增加等于環(huán)境的能量的減少。 4 在實(shí)際生產(chǎn)中大都遇到兩種體系 ， 即封閉體系和敞開(kāi)體系 。 2. 敞開(kāi)體系： （ 限定容積體系 ） 與環(huán)境有能量交換，也有質(zhì)量交換。 注意： 1)單位要一致，且用 SI單位制 . H,Q,Ws— 能量單位， J/Kg u— m/s 流量 G— Kg/h（ ） 2） 式中 Q和 Ws為代數(shù)值，即： Q以體系吸收為正， Ws 以環(huán)境對(duì)體系作功為正。 體系狀態(tài)變化，如 化學(xué)反應(yīng) 相變化 溫度變化 反應(yīng)熱 相變熱 顯熱 Q H?16 3)對(duì)化工機(jī)器的絕熱過(guò)程 當(dāng)體系在絕熱情況下 ， 與環(huán)境進(jìn)行功的交換時(shí) ， ? 0?? Zg?021 2 ??uQ=0 HWs ??此式說(shuō)明了在絕熱情況下，當(dāng)動(dòng)能和位能的變化相對(duì)很小時(shí)，體系與環(huán)境交換的功量等于體系的焓變 。 ? 逆向進(jìn)行時(shí) ， 體系恢復(fù)始態(tài) ， 環(huán)境不留下任何痕跡 。 ? 如果與相同始終態(tài)的可逆過(guò)程相比較，產(chǎn)功小于可逆過(guò)程，耗功大于可逆過(guò)程。 ?? T d SQ R??? V d PW SR23 二 .熱功轉(zhuǎn)換與熱量傳遞的方向和限度 ? 高溫 低溫 自發(fā) 非自發(fā) 限度： Δt=0 ? 功 熱 100%非自發(fā) 100%自發(fā) 熱功轉(zhuǎn)化的限度要由卡諾循環(huán)的熱機(jī)效率來(lái)解決 24 —— 卡諾循環(huán) 卡諾循環(huán)： ? 熱機(jī) ? 高溫?zé)嵩矗ê?TH） ? 低溫?zé)嵩矗ê?TL） 工質(zhì)從高溫?zé)嵩?TH吸收熱量，部分轉(zhuǎn)化為功，其余排至低溫?zé)嵩?TL。 (4) 卡諾循環(huán)， η 可逆 最大，相同 TH ,TL無(wú)論經(jīng)過(guò)何種過(guò)程， η 可逆 是相同的，實(shí)際熱機(jī)只能接近，不能達(dá)到 29 三．熵函數(shù)與熵增原理 ? 通過(guò)研究熱機(jī)效率推導(dǎo)出熵函數(shù)的定義式 對(duì)于可逆熱機(jī)有 HLHHLHC TTTQ ?????HLHLTT ??? 110??LLHHTQTQ 0?? TQR?也即 TQdS R?? 熵定義 0??LLHHTQTQ ??30 ?２ .熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式 可逆? 不可逆?不可逆可逆可逆可 )Q()TTT()(HHLH LHHLH Q ??????對(duì)不可逆過(guò)程： 對(duì)可逆過(guò)程： TQdS 可逆??TQdS 不可逆??熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式 ： TQdS ?? 不可逆 =可逆 31 注意： ? 熵狀態(tài)函數(shù) 。39。39。39。TT TQ??? 39。 引起熵產(chǎn)生的內(nèi)在原因?qū)嶋H上是由于體系內(nèi)部不可逆性而引起的熵變化。39。 ??TT TQ?42 結(jié)論： ? 熵產(chǎn)生可以用作判斷過(guò)程方向的準(zhǔn)則 0 時(shí) ， 體系內(nèi)部的過(guò)程非自發(fā) 。以 1Kg飽和蒸汽為計(jì)算基準(zhǔn)： 能量衡算： h1 = h2 +q1 + q0 q0 =h1 h2 q1 =268001860=820 KJ/Kg飽和蒸汽 熵衡算： 穩(wěn)流過(guò)程 過(guò)程不自發(fā)，亦即不可能 47 理想功和損失功 ? 損失功法： 是以 熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ) ， 實(shí)際功與理想功進(jìn)行比較 ， 用熱效率評(píng)價(jià) 。 ?理想功決定于體系的始、終態(tài)和環(huán)境狀態(tài)，與過(guò)程無(wú)關(guān)； 51 （ 2）流動(dòng)過(guò)程理想功的計(jì)算式 對(duì)于穩(wěn)流過(guò)程，熱一律表達(dá)式為： SWQZguH ???????221忽略動(dòng)，勢(shì)能變化 SWQH ???若可逆 STQ ??0STHW id ????? 0 (541) 穩(wěn)流過(guò)程理想功 52 注意點(diǎn)： ?式（ 541）忽略了進(jìn)出口的動(dòng)能，勢(shì)能的變化。由于隔熱不好，每千克的蒸汽有 293Ｋ的環(huán)境。1 TT ? 39。1 ?????SKgKJH / 4 3 839。1 ? 139。1H 39。1?????H44050025 44048425 39。1 ? KKgKJS ./4 6 6 39。39。39。2?????H H2’= KJ 60 KgKJHHHW SR /7 7 4 3 6 5 8139。 ? ⑶低質(zhì)能量：能部分轉(zhuǎn)化為有用功的能量。 ? ⑵ 能量的表達(dá)形式 ? 對(duì)高質(zhì)能量 能量＝有效能 ? 對(duì)僵態(tài)能量 僵態(tài)能量＝無(wú)效能 ? 對(duì)低質(zhì)能量 低質(zhì)能量＝有效能＋無(wú)效能 64 注意點(diǎn) ? ① 有效能 —— “ 火用 ” 、 “ 可用能 ” 、 “ 有用能 ” 、 “ 資用能 ” ? 無(wú)效能 —— “ 火無(wú) ” 、 “ 無(wú)用能 ” ? ② 功 —— 可看作 100％ 的有效能 65 二 .有效能的計(jì)算 ? 1. 環(huán)境和環(huán)境狀態(tài) ? ⑴ 環(huán)境：一般指恒 T、 P、 x下 ， 龐大靜止體系 。 ? ⑵ 化學(xué)有效能：物系在環(huán)境的Ｔ 0、 Ｐ 0下 ， 由于組成與環(huán)境不同所具有的有效能 。 ? B： 是對(duì)某一狀態(tài)而言，與環(huán)境有關(guān)，只為正值。 73 (EL) ? (EL) ? ⑴ 定義：不可逆過(guò)程中有效能的減少量 ， 稱之 。即
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1