【正文】 eew A ??????????58 第 2 章 節(jié)能的熱力學 能量的 火 用 計算 2. 4. 5 穩(wěn)定流動系統(tǒng)的 火 用 ? 例 24 設有一空氣絕熱透平，空氣的進口狀態(tài)為 600 kPa、 200 ℃ ，宏觀速 度為 160 m/s，出口狀態(tài)為 100 kPa、 40 ℃ 和 80 m/s。 dsTdvpduwde A 00max, ????? ?封閉系統(tǒng)的 火 用 )()( 000001max, ssTvvpuuwe A ??????? )()(2102102121ma x, ssTvvpuueew A ????????從狀態(tài) 1可逆變化到狀態(tài) 2時所作的最大有用功： 54 第 2 章 節(jié)能的熱力學 能量的 火 用 計算 2. 4. 5 穩(wěn)定流動系統(tǒng)的 火 用 ? 穩(wěn)定流動系統(tǒng)的 火 用： 穩(wěn)定物流經可逆方式與環(huán)境交換熱量時所能作出的最 大有用功。設環(huán)境大氣的溫度為 27 ℃ 。 48 第 2 章 節(jié)能的熱力學 能量的 火 用 計算 2. 4. 3 熱量 火 用 ? T T0 相同熱量的情況下，熱量的溫度越高，熱量中的 火 用 值越大； ? T T0 EQ 與 Q 的方向相反。每一種元素都有其對應的基準物和基準反應。 熱效率： η c = 1 T2 / T1 33 第 2 章 節(jié)能的熱力學 火 用與熱力學第二定律 結論 ：提高熱效應的根本途徑：提高熱源溫度、降低冷源溫度以及盡可 能減少不可逆因素。 30 第 2 章 節(jié)能的熱力學 能量與熱力學第一定律 穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)能量衡算 （ 1） . 統(tǒng)一基準焓法 ? 規(guī)定 0 K 時穩(wěn)定 單質 的理想氣體的焓為零； ? 規(guī)定 K 時穩(wěn)定 單質 的理想氣體的焓為零； ? 基準態(tài)下化合物的焓等于標準生成焓 ? 無論物理變化，還是化學變化，元素守恒 ? 無論物理變化，還是化學變化，過程焓變： ΔH = H終態(tài) – H初態(tài) K時， H初態(tài) = 106 (kJ) K時， H終態(tài) = 106 (kJ) ΔH = H終態(tài) – H初態(tài) = 0 31 第 2 章 節(jié)能的熱力學 火 用與熱力學第二定律 ? 熱力學第一定律指出了能量的同一性 ，“量”的屬性；不能解釋“質”的屬性 ? 如：功和熱，高溫熱與低溫熱； ? 熱力學第二定律指出了能量的“質”的屬性 ，說明過程進行的方向、條件及 限制。 CH4 。 H2O 198 出變換爐時濕氣體各組分的物質的量（ kmol)： CO2 。 CO 33。 22 第 2 章 節(jié)能的熱力學 能量與熱力學第一定律 輸入系統(tǒng)的能量 輸出系統(tǒng)的能量 = 系統(tǒng)儲存能量的變化 宏觀動能 ： mc2/2 宏觀位能 ： mgz 系統(tǒng)內部的微觀能量（內能） ： U 閉口系統(tǒng)能量恒算式 Q = ΔU + W 對單位質量 q = Δu + w 對微元過程 δ q = du + δ w 23 第 2 章 節(jié)能的熱力學 能量與熱力學第一定律 穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)能量衡算 物質流轉移到系統(tǒng)的能量為： δm1 δm2 δQ δW δm (u+ pv + c2/2 + gz) = δm (h + c2/2 + gz) h = u + pv H = U + pV 24 第 2 章 節(jié)能的熱力學 能量與熱力學第一定律 穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)能量衡算 開口系統(tǒng)的能量衡算式為： δm1 δm2 δQ δW dU =δQ – δW + δm1(h1 + c12/2 + gz1) –δm2 (h2 + c22/2 + gz2) δQ = δm2 (h2 + c22/2 + gz2) – δm1(h1 + c12/2 + gz1) +δW + dU 25 第 2 章 節(jié)能的熱力學 能量與熱力學第一定律 穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)能量衡算 穩(wěn)定流動 ：空間各點參數不隨時間變化的流動過程 （ 1） .熱和功的交換不隨時間而變； （ 2） .物質交換不隨時間而變； （ 3） .進、出口截面參數不隨時間而變 dU =δQ – δW + δm1(h1 + c12/2 + gz1) –δm2 (h2 + c22/2 + gz2) dU =0， δm1 = δm2 Q = ΔH + m Δ c2/2 + mg Δ z + W Q = Σ out mi(h + c2/2 + gz)i –Σ in mi(h + c2/2 + gz)i + W （對多股流體） 26 第 2 章 節(jié)能的熱力學 能量與熱力學第一定律 穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)能量衡算 例 21：某化肥廠生產的半水煤氣，其組成如下： CO2 9%， CO 33%, H2 36%,N2 %, CH4 %。 熱量 (Q)：由于溫差引起的，系統(tǒng)與外界之間發(fā)生的能量轉移。 平衡狀態(tài) ：在不受外界影響的條件下，系統(tǒng) 宏觀性質不隨時間改變的狀態(tài) 如溫度、壓力、組成等 滿足力平衡、熱平衡和化學平衡的狀態(tài)（不存在不平衡勢） 狀態(tài)參數和狀態(tài)方程式 狀態(tài)參數 ：描述系統(tǒng)宏觀狀態(tài)的物理量，是狀態(tài)的單值函數 16 第 2 章 節(jié)能的熱力學 基本概念 狀態(tài)參數和狀態(tài)方程式 狀態(tài)參數 ：描述系統(tǒng)宏觀狀態(tài)的物理量，是狀態(tài)的單值函數 強度量（強度性質）：壓力 P、溫度 T、組成 x 等；不可加量 廣延量（容量性質）：容積 V、內能 U、焓 H、熵 S 等；可加量 廣延量 /質量 轉變?yōu)閺姸攘? 溫度 溫標 ：衡量溫度的標尺 t （攝氏溫度） = T （熱力學溫度， 開爾文溫度，或稱絕對溫度 ） – 17 第 2 章 節(jié)能的熱力學 基本概念 狀態(tài)參數和狀態(tài)方程式 比容和密度 比容 ：單位質量物質所占有的容積 m3 / kg 密度 ：比容的倒數 kg / m3 mVv?vVm 1???18 第 2 章 節(jié)能的熱力學 基本概念 壓力 單位 ：工程大氣壓（ at） 1at = 1kgf/cm2 標準大氣壓 (atm） 1atm = 760 mmHg 測量儀器 ：差壓計（壓力表或真空表） 表壓 (Pg) = 絕對壓力 (P) 大氣壓 (P0) 真空度 (Pv) = 大氣壓 (P0) 絕對壓力 (P) 真空度 (Pv) = 表壓 (Pg) ghP ??19 第 2 章 節(jié)能的熱力學 基本概念 狀態(tài)公理和狀態(tài)方程式 狀態(tài)公理 ：對于組成一定的物質系統(tǒng)若存在 n 種可逆功（系統(tǒng)進行可逆過程時 和外界所交換的功量）的作用，則決定該系統(tǒng)平衡態(tài)的獨立狀態(tài)參 數有 n + 1 個。大約 500010000字左右。 ? 分離工程 ? 改進工藝方法和設備 10 第 1 章 總 論 節(jié)能的途徑 化工單元操作設備節(jié)能 流體輸送機械、換熱設備、蒸發(fā)設備、塔設備、干燥設備。 3 第 1 章 總 論 能源的分類 按來源分類 ? 來自地球以外天體的能量（太陽輻射能） 太陽能總能量可達 174000 TW/a ? 地球本身蘊藏的能量（地熱能和原子核能） ? 地球和其他天體相互作用而產生的能量（潮汐能） 4 第 1 章 總 論 能源的分類 按能源的轉換和利用層次分類 （ 1）一次能源 （煤、石油、天然氣、水能、風能、太陽能） ? 可再生能源 ? 非可再生能源 （ 2）二次能源 （電