化工热力学 ch6-2 蒸汽动力循环

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1、第七章化工过程的能量分析17.1理想功和损失功理想功和损失功法（熵分析法）：是以热力学第一定律为基础，与理想功进行比较，用热效率评价。有效能分析法（火用分析法）：将热力学第一定律，热力学第二定律结合起来，对化工过程每一股物料进行分析，是用有效能效率评价。目前进行化工过程热力学分析的方法大致有两种：2一.  理想功定义：体系以可逆方式完成一定的状态变化，理论上可产生的最大功(对产功过程)，或者理论上必须消耗的最小功(消耗过程)，称为理想功。Wmax(Wmin)体系以状态1状态2完全可逆要注意:完全可逆状态变化可逆；系统内

2、的所有变化是完全可逆的传热可逆(物系与环境)系统和环境之间的能量交换，例如传热过程也是可逆的3流动过程理想功的计算式对于稳流过程，热一律表达式为：忽略动，势能变化若可逆(7-41)稳流过程理想功4注意点：不忽略进出口的动能，势能的变化。完整的表达式为：体系经历一个稳流过程，状态发生变化，即可计算其理想功，理想功的值决定于体系的始、终态与环境温度，而与实际变化途径无关。要区别可逆轴功与理想功这两个概念．对绝热过程对不做轴功的过程5二　损失功WL定义：体系完成相同状态变化时，实际功和理想功的差值．数学式：对稳流体系(7-4

3、3)(7-44a)6三热力学效率7结论：（1）（2）（3）可逆过程有关与有关与实际过程对产功过程：对耗功过程：8例7-1.试确定1kmol的蒸气（1470kPa，过热到538℃，环境温度t0=16℃）在流动过程中可能得到的最大功。三应用举例9解：这是求算1kmol的蒸气由始态（538℃，1470kPa）变化到终态（16℃，101.32kPa）的液体水时所得到的最大功。由过热水蒸气表查得初始态时的焓与熵分别为H1=3543.34kJ/kg，S1=7.6584kJ/（kg·K）由饱和水蒸气表可查得终态时水的焓与熵分别为H2

4、=67.18kJ/kg，S2=0.2389kJ/（kg·K）所以过程的焓变和熵变分别为H=M（H2－H1）=18.02（67.18－3543.34）=－62640.33（kJ/kmol）S=M（S2－S1）=18.02（0.2389－7.6584）=－133.6994（kJ/（kkmol·K））若理想功为所能提供的最大有用功，则Wid=H－T0S=－62640.33＋（16＋273.15）（－133.6994）=－2.398×104（kJ/kmol）10例7-2.1kg的水在100kPa的恒压下从20℃加热到沸点，并且

5、在此温度下完全蒸发，如果环境温度为20℃，试问加给水的热量中最大有多少可转变成功量。11解：100kPa压力下水的沸点约为100℃，有水蒸气表查得H1=2676.1kJ/kg，S1=7.3549kJ/（kg·K）在环境温度（T0=t0＋273.15=293.15K）下，100kPa压力下水的焓和熵为H0=83.96kJ/kg，S0=0.2966kJ/（kg·K）所以加给水的热量为Qp=H=H1－H0=2676.1－83.96=2592.1（kJ/kg）12100kPa压力下水蒸气转化为20℃的水所能产生的最大功为Wid

6、=H－T0S=－2592.－1293.15（0.2966－7.3549）=－523.0（kJ/kg）加给水的热量中最大可能转变成功量部分所占的百分数为13例7-3在一个往复式压气机的实验中，环境空气从100kPa及5℃压缩到1000kPa，压缩机的气缸用水冷却。在此特殊实验中，水通过冷却夹套，其流率为100kg/kmol（空气）。冷却水入口温度为5℃，出口温度为16℃，空气离开压缩机时的温度为145℃。假设所有对环境的传热均可忽略。试计算实际供给压气机的功和该过程的理想功的比值。假设空气为理想气体，其摩尔定压热容CP=

7、29.3kJ/（kmol·K）。14解：以被压缩的空气为系统，以1kmol空气作为基准。假设空气为理想气体，在此过程中空气放出的热量为Q=－WWCP，W（tout－tin）式中WW为冷却水的流率；CP,W为水的热容，取值为4.18kJ/（kg·K），tout和tin分别为冷却水的出、入口温度。所以Q=－100×4.18（16－5）=－4.598×103（kJ/kmol）压缩过程中空气的焓变为15若忽略此压缩过程中动能和势能的变化，则所需的功为WS=－Q=4.102×103＋4.598×103=8.700×103（kJ/

8、kmol）过程的熵变可以按下式计算16Wid=H－T0因此实际供给压气机的功与该过程的理想功的比值为S=4.102×103－278.15（－7.199）=6.104×103（kJ/kmol）WS/Wid=8700/6104=－1.425所以压缩过程的理想功为17例7-41.57MPa,757K的过热水蒸汽推动透平机作功，并在0.0