【正文】 水 t?＝ h 第三節(jié) 能量衡算 解：以熱水器中水所占的體積為衡算系統(tǒng)， 為封閉系統(tǒng) 。 kJ 【例 】據(jù)估計，每年全球的降水如果均勻分布在 1014m2的地球表面，則平均降水量 為 1m 。求每年使這些水汽化所需要的能量，與 1987 年世界的能源消耗（ 1017kJ ）以及與地球表面對太陽能的平均吸收率（ 168 W/m2）進(jìn)行比較。 解：全球水體的平均表層溫度接近 15 ? ，因此選用 15 ? 作為起始溫度。水在 15? 下的汽化熱為 2 k J/k g 。所有水汽化的總能量需求為： 1 4 2 3211 5 .1 0 1 0 m 1 0 2 4 5 7 .71 .2 5 1 0 k J/aQ ? ? ? ? ??? 這是人類社會所消耗能量的將近 4000 倍。在全球范圍內(nèi)，推動全球水循環(huán)的平均能量為： 242141 .2 5 1 07 8 W / m3 6 5 2 4 3 6 0 0 5 .1 0 1 0?? ? ? ?＝ 該數(shù)值約地球表面對太陽能的平均吸收率的 一半。 14 3 211 0 10 10 245 5 10Q ? ? ? ? ? ? ?℃ ℃ ℃ 第三節(jié) 能量衡算 －與環(huán)境既有物質(zhì)交換又有能量交換的系統(tǒng) 對于單位時間物料進(jìn)行衡算 qEHH qFP ??? ??對于 穩(wěn)態(tài) 過程 qHH FP ?? ?第三節(jié) 能量衡算 四、開放系統(tǒng)的熱量衡算 () 開放系統(tǒng) 【例題 】在一列管式換熱器中用 373K的飽和水蒸氣加熱某液體，液體流量為 1000kg/h。從 298K加熱到 353K，液體的平均比熱容為 (kgK)。飽和水蒸氣冷凝放熱后以 373 K的飽和水排出。換熱器向四周的散熱速率為 10 000 kJ/h。試求穩(wěn)定操作下加熱所需的蒸氣量。 解：取整個換熱器為衡算系統(tǒng)，時間基準(zhǔn)為 1h，物態(tài)溫度基準(zhǔn)為 273K液體。 第三節(jié) 能量衡算 四、開放系統(tǒng)的熱量衡算 373K飽和水的焓： 353K的液體： 第三節(jié) 能量衡算 輸入 系統(tǒng)的物料的焓值包括： 設(shè)飽和水蒸氣用量為 G kg/h，查得 373K的飽和水蒸氣的焓為2677 kJ/kg，飽和水的焓為 kJ/kg GHF 2677)273298( ?????? GHP )273353( ?????? GH P )273353( ??????GH F 2677)273298( ?????? GH F 2677)273298( ??????輸出 系統(tǒng)的物料的焓值包括： GH P )273353( ?????? q=－ 10000 kJ/h qHH FP ?? ??解得 G＝ kg/h 飽和水蒸氣的焓： 298K的液體： 飽和水蒸氣的焓 298K的液體 353K的液體 373K飽和水的焓 Q Vq【例題 】一污水池內(nèi)有 50m3的污水，溫度為 15℃ ，為加速消化過程，需將其加熱到 35℃ 。采用外循環(huán)法加熱，使污水以 5 m3/h的流量通過換熱器，換熱器用水蒸氣加熱，其出口溫度恒定為 100℃ 。假設(shè)罐內(nèi) 污水混合均勻 ，污水的密度為 1000kg/ m3，不考慮池的散熱，問污水加熱到所需溫度需要多少時間？ 非穩(wěn)態(tài)過程 解：池中污水混合均勻，因此任意時刻從池中排出的污水溫度與池中相同，設(shè)其為 T℃ 。 以污水池為衡算系統(tǒng) ，以 0℃ 的污水為溫度物態(tài)基準(zhǔn)。 3F V pH q c T???輸出系統(tǒng)的焓 P V pc系統(tǒng)內(nèi)積累的焓 ddqpTE V ct??輸入系統(tǒng)的焓 T 第三節(jié) 能量衡算 3ddV p V p pTq c T q c T V ct? ? ???3ddVVTtq T T? ?邊界條件： 10t ?1 15T ?2 35T ?t 350 1550 dd5 100TtT? ??? 15100ln10 ????t℃ ℃ h tt ?20??? ?? qFP EHH qPF EHH ?? ??第三節(jié) 能量衡算 開放系統(tǒng)中能量變化率的計算： 第三節(jié) 能量衡算 的能量為當(dāng)只有一種物料流經(jīng)系統(tǒng)輸入或輸出熱量時，因物料進(jìn)入系統(tǒng)而 輸入 qHH FP ?? ??2PmH q H??() () 因物料離開系統(tǒng)所 輸出 的能量為 1FmH q H?式中： —— 通過系統(tǒng)的物料的質(zhì)量流量， kg/h 或 kg/s ； 1 H —— 單位質(zhì)量物料進(jìn)入系統(tǒng)時的焓， kJ/kg ； 2 H —— 單位質(zhì)量物料離開系統(tǒng)時的焓， kJ/kg 。 mq () 則系統(tǒng)的能量變化率為21()P F mH H q H H? ? ???() 第三節(jié) 能量衡算 (1)當(dāng)物料無相變時 ，若定壓比熱容不隨溫度變化，或取物料平均溫度下的定壓比熱容時 : ΔT 21()P F m m pH H q H H q c T? ? ? ? ???mq例如：用水對熱電廠的煙氣進(jìn)行冷卻， 表示冷卻水的質(zhì)量流量， 表示冷卻水在流經(jīng)熱電廠的冷凝器后溫度的升高。 () (2)當(dāng)物料有相變時 ，如熱流體為飽和蒸汽，放出熱量后變?yōu)槔淠骸．?dāng)冷凝液以飽和溫度離開系統(tǒng)時 : 21()P F m mH H q H H q r? ? ? ?式中： r —— 飽和蒸汽的冷凝潛熱， kJ/kg 。 當(dāng)物料離開系統(tǒng)時的溫度 低于飽和溫度時 ， 21()P F m m m pH H q H H q r q c T? ? ? ? ? ???() () 物料經(jīng)過系統(tǒng) 放出潛熱時， r為負(fù)值！ 【例 】 燃煤發(fā)電廠將煤的化學(xué)能的三分之一轉(zhuǎn)化為電能，輸出電能 1000MW。其余三分之二的化學(xué)能以廢熱的形式釋放到環(huán)境中，其中有 15%的廢熱從煙囪中排出，其余 85%的余熱隨冷卻水進(jìn)入附近的河流中。如圖所示。河流上游的流速為 100m3/s，水溫為 20℃ 。試計算： （ 1）若冷卻水的溫度只升高了 10℃ ，冷卻水的流量為多少？ （ 2）這些冷卻水進(jìn)入河流后，河水的溫度將變化多少？ ？ ？ 第三節(jié) 能量衡算 （ 1）以冷卻水為衡算對象 mq則冷卻水熱量的變化率為 6170 0 418 4 10mq? ? ? ?361700 10 k g / s4184 10mq ??? －＝＝水的密度為 1000kg/m3，故水的體積流量為 m3/s。 設(shè)冷卻水的質(zhì)量流量為 冷卻水吸收熱量速率為 MW170 0 ?????qP F m pH H q c T? ? ???第三節(jié) 能量衡算 （ 2）以河流水為衡算對象，在 100m3/s的流量下，吸收 1700MW能量后河水溫度的變化為 101700 o36＝?? ??? T河水溫度升高了 ℃ ，變?yōu)?℃ 。 第三節(jié) 能量衡算 第三節(jié) 能量衡算 （ 1）物質(zhì)的總能量由哪幾部分組成？系統(tǒng)內(nèi)部能量的變化與環(huán)境的關(guān)系如何？ （ 2）什么是封閉系統(tǒng)和開放系統(tǒng)？ （ 3）簡述熱量衡算方程的涵義。 （ 4）對于不對外做功的封閉系統(tǒng)，其內(nèi)部能量的變化如何表現(xiàn)？ （ 5）對于不對外做功的開放系統(tǒng)，系統(tǒng)能量能量變化率可如何表示？ 思考題 謝謝觀看 /歡迎下載 BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH