【正文】 設冷卻水的質(zhì)量流量為 冷卻水吸收熱量速率為 ?????qPF mpH 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 631 7 0 0 1 0 4 . 11 0 0 1 0 4 1 8 4T????? ＝河水溫度升高了 ℃ ，變?yōu)?℃ 。河流上游的流速為 100m3/s，水溫為 20℃ 。其余三分之二的化學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%的余熱隨冷卻水進入附近的河流中。當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 。 mq() 則系統(tǒng)的能量變化率為P F 2 1()mH H q H H? ? ???() (1)當物料無相變時 ，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 P F 2 1()m m pH H q H H q c T? ? ? ? ???mq例如：用水對熱電廠的煙氣進行冷卻， 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。 以污水池為衡算系統(tǒng) ，以 0℃ 的污水為溫度物態(tài)基準。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℃ 。 解：取整個換熱器為衡算系統(tǒng)，時間基準為 1h，物態(tài)溫度基準為 273K液體。換熱器向四周的散熱速率為 10 000 kJ/h。K)。 KJ 242141 . 2 5 1 0 7 8 W /m3 6 5 2 4 3 6 0 0 5 . 1 0 1 0? ?? ? ? ? —— 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行衡算 P F qH H E q? ? ???對于 穩(wěn)態(tài) 過程 PFH H q????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。所有水汽化的總能量需求為： 這是人類社會所消耗能量的將近 4000 倍。 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。 kJ 1 4 3 2 11 5 . 1 0 1 0 1 0 2 4 5 7 . 7 1 . 2 5 1 0Q ? ? ? ? ? ? ?℃ ℃ ℃ 第三節(jié) 能量衡算 【 題 】 據(jù)估計，每年全球的降水如果均勻分布在 10 14 m 2 的地球表面， 則平均降水量 為 1m 。 t?系統(tǒng) 吸收的熱量 來自發(fā)熱元件，加熱時間為 ， 輸入的熱量為 Q＝ Δt＝ kW在給定的過程中，能量會發(fā)生形式上的改變 WQ1EE 2E—— 開放系統(tǒng) —— 封閉系統(tǒng) 能量輸入輸出的方式： （ 2）系統(tǒng)與外界交換能量 （熱，功） 第三節(jié) 能量衡算 任何系統(tǒng)經(jīng)過某一過程時，其內(nèi)部能量的變化等于該系統(tǒng)從環(huán)境吸收的熱量與它對外所作的功之差，即 E Q W? ? ?E 物料所具有的各種能量之和，即總能量 物料從外界吸收的熱量 物料 對外界所作的功 系統(tǒng)內(nèi)部物料能量的變化 系統(tǒng)內(nèi)能量的變化 ＝（ 輸出 系統(tǒng)的物料的總能量）－（ 輸入 系統(tǒng)的物料的總能量）＋（系統(tǒng)內(nèi)物料能量的積累） E?對于物料總質(zhì)量 ： 靜壓能 位能 動能 內(nèi)能 ＋ E E E E E ? ? ? 第三節(jié) 能量衡算 () （ 輸出 系統(tǒng)的物料的 總能量 ）－（ 輸入 系統(tǒng)的物料的 總能量 ）＋（系統(tǒng)內(nèi)能量的 積累 ）＝（系統(tǒng)從外界 吸收的熱量 ）－（ 對外界所作的功 ） 對于單位時間： （ 單位時間 輸出 系統(tǒng)的物料帶出的總能量）－（ 單位時間 輸入系統(tǒng)的物料帶入的總能量）＋（ 單位時間 系統(tǒng)內(nèi)能量的積累） ＝（ 單位時間 系統(tǒng)從外界 吸收的熱量 ）－（ 單位時間 對外界所作的功 ） 第三節(jié) 能量衡算 對于單位質(zhì)量物料： 第三節(jié) 能量衡算 ＝ 0 W能量可用焓表示 E Q W? ? ?() 冷卻、加熱、散熱 － 涉及物料溫度與熱量變化的過程 －熱量衡算 P F qH H E q? ? ???單位時間 輸出 系統(tǒng)的物料的焓值總和，即 物料帶出 的能量總和 單位時間 輸入 系統(tǒng)的物料的焓值總和，即 物料帶入 的能量總和 單位時間 系統(tǒng)內(nèi)能量的積累 單位時間 環(huán)境輸入系統(tǒng)的熱量，即系統(tǒng)的吸熱量 P F qE H H E?? ? ? ???對于單位時間： 第三節(jié) 能量衡算 () 二、熱量衡算方程 物質(zhì)的焓定義為 H e p???焓值是溫度與物態(tài)的函數(shù)，因此進行衡算時除選取時間基準外，還需要選取物態(tài)與溫度基準，通常以 273K物質(zhì)的液態(tài)為基準 。 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 輸入速率 輸出速率 降解速率 ?1 0? ?2???mrq k V???＝ 50 2 ＝ 140 mg/h 1mq ＝ 1000 ρ＝ 1000ρ mg/h 2mq12 0mmq q k V?? ? ?第二節(jié) 質(zhì)量衡算 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 （ 1）進行質(zhì)量衡算的三個要素是什么？ （ 2）簡述穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)和非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的特征。 假設混合完全 ，估計在 25℃ 、 ，甲醛的穩(wěn)態(tài)質(zhì)量濃度。甲醛轉(zhuǎn)化為二氧化碳的反應速率常數(shù)為 k＝ h1。 輸入速率 4 4 1 1 3 3V V Vq q q? ? ???1 4 4mVqq??輸出速率 2 1 1 3 3m V Vq q q????4 1 3V V Vq q q??=450 m3/d ＝ m3/d 4Vq3Vqρ0 ρ1 ρ2 ρ4 ρ3 1Vq3Vq4Vq2Vq0Vq第二節(jié) 質(zhì)量衡算 【 例題 】 在一個大小為 500m3的會議室里面有 50個吸煙者，每人每小時吸兩支香煙。 ？ ？ ？ 根據(jù)需要劃定衡算的系統(tǒng) 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 已知 0Vq=5 000m3/d， 0?＝ 200mg/L， 2?＝ 20mg/L， 3?1?＝ (10096)/(100/1000)＝ 40 g/L＝ 40000 mg/L 4?＝ ()/(100/1000)＝ 2 g/L＝ 2022 mg/L ＝ 100mg/L 污泥含水率為污泥中水和污泥總量的質(zhì)量比，因此污泥中懸浮物含量為 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 (1)求污泥產(chǎn)量 以沉淀池和濃縮池的整個過程為衡算系統(tǒng)，懸浮物為衡算對象，因系統(tǒng)穩(wěn)定運行，輸入系統(tǒng)的懸浮物量等于輸出的量。求整個系統(tǒng)的污泥產(chǎn)量和排水量，以及濃縮池上清液回流量。污水流量為 5 000m3/d，懸浮物含量為 200mg/L，沉淀池出水中懸浮物質(zhì)量濃度為 20mg/L，沉淀污泥的含水率為 %，進入濃縮池停留一定時間后，排出的污泥含水率為 96%，上清液中的懸浮物含量為 100mg/L。已知水流出的質(zhì)量流量與水深 Z的關系為 2 0 .2 7 4mqz?kg/s， 求經(jīng)過多長時間后，水位下降至 1m？ 12ddmmmqqt??1 0mq ?2 0 .2 7 4mqz?2π 0 .