【正文】 設(shè)冷卻水的質(zhì)量流量為 冷卻水吸收熱量速率為 MW1 7 0 0 0 0 ?????qTcHH pFP ??? ?? ?（ 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 1 8 4101 0 0 101 7 0 0 o36＝?? ??? T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(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%的余熱隨冷卻水進入附近的河流中。 當(dāng)冷凝液以飽和溫度離開系統(tǒng)時， ? ? r H H H H F P ? ? ? ? ? ? ? ? 1 2 式中： r —— 飽和蒸汽的冷凝潛熱， kJ/kg 。 則系統(tǒng)的能量變化率為 ? ? 1 2 H H H H F P ? ? ? ? ? ? 開放系統(tǒng)中能量變化率的計算： qHH FP ?? ??? ? 1 2 H H H H F P ? ? ? ? ? ? （ 1 ） 當(dāng)物料無相變時 ，若定壓比熱容不隨時間變化，或取物料平均溫 度下的定壓比熱容時， ? ? T c H H H H p F P ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 2 例如，用水對熱電廠進行冷卻， ? 表示冷卻水的質(zhì)量流量， ΔT 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(zhǔn)。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(zhǔn)為 1h，物態(tài)溫度基準(zhǔn)為 273K液體。換熱器向四周的散熱速率為 10 000 kJ/h。K)。 21314 ???????hQkJ 開放系統(tǒng) －與環(huán)境既有物質(zhì)交換又有能量交換的系統(tǒng) 三、開放系統(tǒng)的能量衡算 對于單位時間物料進行衡算 qEHH qFP ??? ??對于穩(wěn)態(tài)過程 qHHFP ?? ??【 例 】 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： 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。 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。h 水中能量的變化為 TmcE pQ ??＝ 20 1 （ 85－ 15）＝ 5852 kJ QhEQ?輸入的能量等于水中能量的變化 水 t? ＝ h 373K飽和水的焓 【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 。 t?解：以熱水器中水所占的體積為衡算系統(tǒng)，為封閉系統(tǒng)。在給定的過程中，能量會發(fā)生形式上的改變 WhQ1E E2E—— 開放系統(tǒng) —— 封閉系統(tǒng) 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 hE 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） 靜壓能勢能動能內(nèi)能 ＋ EEEEE ???E?對于物料總質(zhì)量 ： （ 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 ） 對于單位質(zhì)量物料： hE Q W? ? ?＝ 0 W能量可用焓表示 主要涉及物料溫度與熱量變化的過程 －冷卻、加熱、散熱 －熱量衡算 P F Q hH H E Q? ? ???輸出 系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和 輸入 系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和 系統(tǒng)內(nèi)能量的 積累 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? ? ? ???qEHH qFP ??? ??單位時間 輸出 系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和 單位時間內(nèi) 輸入系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和 單位時間內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)能量的 積累 單位時間內(nèi)環(huán)境輸入系統(tǒng)的熱量，即系統(tǒng)的 吸熱量 對于單位時間： 計算時注意單位！ 物質(zhì)的焓定義為 H e p v??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(zhǔn)外，還需要選取物態(tài)與溫度基準(zhǔn)，通常以 273K物質(zhì)的液態(tài)為基準(zhǔn) 。在無水源補充的情況下，打開底部閥門放水。 室內(nèi)濃度 c V=500m3 輸入速率 輸出速率 降解速率 c01 ?ccc ?2r kcV? ??＝ 50 2 ＝ 140mg/h 1?＝ 1000 c＝ 1000c mg/h 2?12 0kcV??? ? ?1/h 采用微分衡算式 m 1? 2? 【 例題 】 一圓筒形儲罐，直徑為 。 假設(shè)混合完全 ，估計在 25℃ 、 1atm的條件下，甲醛的穩(wěn)態(tài)濃度。甲醛轉(zhuǎn)化為二氧化碳的反應(yīng)速率常數(shù)為 k＝ 1/h。 解：假設(shè) 完全混合意味著湖泊中的污染物濃度等于流出水中的污染物濃度 1 1 1 2 2Q c Q c? ??輸入速率 輸出速率 2 1 2()mmQ c Q Q c? ? ? ? ? 降解速率 r kcV? ?? 10 5 － 10 3 c － 2 3 . 1 10 3 c ＝ 0 12 0kcV??? ? ?mcc ?ccm ?mQ1Q2Q1/d 【 例 】 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。假設(shè)污染物質(zhì)在湖泊中完全混合，且湖水不因蒸發(fā)等原因增加或者減少。有一流量為 、污染物濃度為 ，還有一污水排放口將污水排入湖泊，污水流量為 ，濃度為 100mg/L。h電能所允許排放出的二氧化硫、顆粒物和碳的量（假設(shè)所有的碳都釋放到大氣中）； （ 2）為滿足二氧化硫的排放標(biāo)準(zhǔn)，二氧化硫控制系統(tǒng)的效率要達到多少？ （ 3）為滿足顆粒物的排放標(biāo)準(zhǔn)，顆粒物控制系統(tǒng)的效率要達到多少？ 2．穩(wěn)態(tài)反應(yīng)系統(tǒng)