【正文】 2ddmt????≠0 第三節(jié) 能量衡算 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 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)內各種能量相互轉化 －流體輸送 ?用熱水或蒸汽加熱水或污泥 ?用冷水吸收電廠的廢熱 ?水電站中，水的 勢能 經過大壩 轉變?yōu)閯幽?，推動渦輪旋轉 ?流體在管道中流動，由于粘性產生摩擦力，消耗 機械能 ， 轉變?yōu)闊崃? 水預熱系統(tǒng) 熱量衡算 機械能衡算 —— 水或污泥吸收熱量溫度升高 —— 冷卻水吸收熱量溫度升高 Qh W 222?pu111?pu熱水供應系統(tǒng) 能量輸入輸出的方式： （ 1）流體攜帶能量進出系統(tǒng) （ 2）系統(tǒng)與外界交換能量 （熱，功） 熱量 做功 一、能量衡算方程 能量衡算依據能量守恒定律， 能量既不會消失也不能被創(chuàng)造 。 單位質量物質的焓 單位質量物質的內能 物質所處的壓力 單位質量物質的體積 封閉系統(tǒng)－與環(huán)境沒有物質交換的系統(tǒng) 大氣層、封閉的系統(tǒng)等 二、封閉系統(tǒng)的能量衡算 qE q ?QhEQ?系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于內部能量的積累 對物料總質量進行衡算 qEHH qFP ??? ??內部能量的變化表現為 ？ 有相變情況下 吸收或放出潛熱 mLE Q ?TmcE pQ ??物質的潛熱 物料的定壓比熱容 物料溫度改變 物料的質量 Tmce v ???TmcH p ???無相變情況下 表現為溫度的變化 （ 1）恒壓過程中，體系所吸收的熱量全部用于焓的增加，即 hQH??hQe??（ 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能，即 物料的定容比熱容 對于固體或液體： pvcc?【 例 】 熱水器發(fā)熱元件的功率是 5kW，將水 20L從 15℃ 加熱到85℃ ，試計算需要多少時間？假設所有電能都轉化為水的熱能，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。 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＝ 5 Δt＝ 5Δt kW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）進行比較。水在 15? 下的汽化熱為 2 457 .7k J/k g 。在全球范圍內，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?? ? ? ?＝ 該數值約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。 輸入 系統(tǒng)的物料的焓值包括： 設飽和水蒸氣用量為 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 GH F 2677)273298( ??????GH P )273353( ??????GH P )273353( ??????GH F 2 6 7 7)273298( 0 0 0 ??????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( ??????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 373K飽和水的焓： 353K的液體： 353K的液體 373K飽和水的焓 Q=5m3/h 【 例 】 一污水池內有 50m3的污水，溫度為 15℃ ，為加速消化過程，需將其加熱到 35℃ 。假設罐內污水混合均勻 ，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，設其為 T℃ 。 3FpH Q c T???輸出系統(tǒng)的焓 PpH Q c T???系統(tǒng)內積累的焓 ddqpTE V ct??輸入系統(tǒng)的焓 T 3ddp p pTQ c T Q c T V ct? ? ???3dd VTtQ T T? ?邊界條件： 1 0t ? 1 15T ?2 35T ?t 350 1550 dd5 10 0TtT? ??? 0 0 151 0 0ln10 ????t℃ ℃ h tt ?20??? ?? qFP EHH qPF EHH ?? ??當只有一種物料流經系統(tǒng)輸入或輸出熱量時，因物料進入系統(tǒng)而輸入 的能量為 1 H H F ? ? ? 因物料離開系統(tǒng)所輸出的能量為 2 H H P ? ? ? 式中： ? —— 通過系統(tǒng)的物料的質量流量， kg/h 或 kg/s ； 1 H —— 單位質量物料進入系統(tǒng)時的焓， kJ/kg ； 2 H —— 單位質量物料離開系統(tǒng)時的焓， kJ/kg 。 （ 2 ） 物料有相變時 ， 例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 ， ? ? T c r H H H H p F P ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 2 物料經過系統(tǒng)放出潛熱時， r為負值！ 【 例 】 燃煤發(fā)電廠將煤的化學能的三分之一轉化為電能，輸出電能 1000MW。如圖 。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？ （ 1）以冷卻水為衡算對象 ?則冷卻水能量的變化率為 61010 . 041 8417 00 ???? ?361700 4 0 . 6 1 0 k g /s4 1 8 4 1 0 . 0 1 0? ??? －＝ ＝水的密度為 1000kg/m3，故水的體積流量為 m3/s。