【正文】 程具有什么特征？ （ 5）對存在一級反應(yīng)過程的系統(tǒng)進行質(zhì)量衡算時，物質(zhì)的轉(zhuǎn)化速率如何表示？ 本節(jié)思考題 一、能量衡算方程 二、 熱量衡算方程 三、封閉系統(tǒng)的熱量衡算方程 四、開放系統(tǒng)的熱量衡算方程 本節(jié)的主要內(nèi)容 第三節(jié) 能量衡算 水預(yù)熱系統(tǒng) Vq?用熱水或蒸汽加熱水或污泥 ?用冷水吸收電廠的廢熱 —— 水或污泥吸收熱量溫度升高 —— 冷卻水吸收熱量溫度升高 用量？ 加熱時間？ 流量？ 溫度？ 第三節(jié) 能量衡算 一、能量衡算方程 分析能量流 ?流體輸送中，通過 水泵對水做功 ，將水提升到高處 ？ ?流體在管道中流動，由于黏性產(chǎn)生摩擦力，消耗 機械能 ， 轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃? ？ ？ ？ 兩大類問題： 主要涉及物料溫度與熱量變化的過程 －冷卻、加熱、散熱 系統(tǒng)對外做功，系統(tǒng)內(nèi)各種能量相互轉(zhuǎn)化 －流體輸送 機械能衡算 熱量衡算 第三節(jié) 能量衡算 （ 1）流體攜帶能量進出系統(tǒng) 熱量 做功 能量既不會消失也不能被創(chuàng)造 。 單位質(zhì)量物質(zhì)的焓 單位質(zhì)量物質(zhì)的內(nèi)能 物質(zhì)所處的壓強 單位質(zhì)量物質(zhì)的體積 第三節(jié) 能量衡算 () 封閉系統(tǒng) —— 與環(huán)境沒有物質(zhì)交換的系統(tǒng) 大氣層、封閉的系統(tǒng)等 qE q ?QEQ?系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于內(nèi)部能量的積累 對物料總質(zhì)量進行衡算 P F qH H E q? ? ???內(nèi)部能量的變化表現(xiàn)為 ？ 第三節(jié) 能量衡算 三、封閉系統(tǒng)的熱量衡算 () 物料的比定壓熱容 物料溫度改變 物料的質(zhì)量 Ve c T? ? ?pH c T???無相變情況下表現(xiàn)為溫度的變化 （ 1）恒壓過程中，體系所吸收的熱量全部用于焓的增加，即 Q m H??Q m e??（ 2）恒容、不做非體積功的條件下，體系所吸收的熱量全部用于增加體系的內(nèi)能，即 物料的比定容熱容 第三節(jié) 能量衡算 三、封閉系統(tǒng)的熱量衡算 mLE Q ?TmcE pQ ??物質(zhì)的潛熱 對于固體或液體： pVcc?pQ m c T??熱量衡算方程 Q mL?無相變情況下表現(xiàn)為溫度的變化 第三節(jié) 能量衡算 三、封閉系統(tǒng)的熱量衡算 有相變情況下吸收或放出的潛熱 【 例題 】 熱水器發(fā)熱元件的功率是 ，將水 20L從15℃ 加熱到 65℃ ，試計算需要多少時間？假設(shè)所有電能都轉(zhuǎn)化為水的熱能，忽略水箱自身溫度升高所消耗的能量和從水箱向環(huán)境中散失掉的能量。h 水中能量的變化為 TmcE pQ ??＝ 20 1 （ 65－ 15）＝ 4180 kJ QEQ?輸入的能量等于水中能量的變化 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) 。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（ 10 17 kJ ）以及與地球表面對太陽能的平均吸收率（ 168W/m 2 ）進行 比較。水 在 15 下的汽化熱為 。在全球范圍內(nèi)，推動全球水循環(huán) 的平均能量為： 該數(shù)值約為地球表面對太陽能的平均吸收率的一半。從 298K加熱到 353K，液體的平均比熱容為 (kg飽和水蒸氣冷凝放熱后以 373 K的飽和水排出。試求穩(wěn)定操作下加熱所需的蒸氣量。 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( ??????P 1 0 0 0 3 . 5 6 ( 3 5 3 2 7 3 ) 4 1 8 . 6 8HG? ? ? ? ??GH P )273353( ??????F 1 0 0 0 3 . 5 6 ( 2 9 8 2 7 3 ) 2 6 7 7HG? ? ? ? ??GH F 2 6 7 7)273298( 0 0 0 ??????輸出 系統(tǒng)的物料的焓值包括： GH P )273353( 0 0 0 ??????q =－ 10 000 kJ/h PFH H q????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℃ 。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。 F3VpH q c T???輸出系統(tǒng)的焓 P VpH q c T???系統(tǒng)內(nèi)積累的焓 qddpTE 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： 1 0t ? 1 15T ?2 35T ?350 1550 dd5 100t TtT? ??? 15100ln10 ????t℃ ℃ h tt ?2P F q 0H H E? ? ??? F P qH H E????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 的能量為當只有一種物料流經(jīng)系統(tǒng)輸入或輸出熱量時，因物料進入系統(tǒng)而 輸入 PFH H q????P2mH q H??() () 因物料離開系統(tǒng)所 輸出 的能量為F1mH 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 。 () 第三節(jié) 能量衡算 (2)當物料有相變時 ，如熱流體為飽和蒸汽，放出熱量后變?yōu)槔淠骸? 當物料離開系統(tǒng)時的溫度 低于飽和溫度時 ， P F 2 1()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。如圖所示。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）這些冷卻水進入河流后，河水的溫度將變化多少？ ？ ？ 第三節(jié) 能量衡算 1700MW 解：（ 1）以冷卻水為衡算對象 mq則冷卻水熱量的變化率為 61 7 0 0 4 1 8 4 1 0 .0 1 0mq? ? ? ?361700 10 k g / s4184 10mq ??? －＝＝水的密度為 1000kg/m3，故水的體積流量為 m3/s。 第三節(jié) 能量衡算 ℃