化工热力学第6章 流动系统的热力学原理及应用ppt课件.ppt

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1、第六章流动系统的热力学原理及应用6.1引言6.2热力学第一定律1、封闭系统的热力学第一定律2、稳定流动系统的热力学第一定律6.3热力学第二定律和熵平衡6.4有效能与过程的热力学分析6.2热力学第一定律1、封闭系统的热力学第一定律克服恒定外压所做的体积功为(6-1)(6-2)对于可逆过程2、稳定流动系统的热力学第一定律稳定流动状态——流体流动途径所有各点的状况都相等，且不随时间而变化，即所有质量和能量的流率均为常量，系统中没有物料和能量的积累。(6-3)(6-5)pV称为“流动功”，流动所做功是轴功和净流动功之和W=Ws-p2V2+p1V1

2、(6-4)H=U+pV在热力学的许多应用中，动能和势能与其他能量相比是比较小的，若略去不计，可得(6-7)可逆轴功表达式为例题6-1将90℃的热水，以12m3/h速率从储罐1输送到高度为15m的储罐2，热水泵的电动机功率为1.5kW，并且热水经过一个冷却器，放出热量的速率为2.5×106kJ/h.试问：储罐2的水温度是多少？解：此例题是稳定流动过程式（6-5）的应用，水在储罐的流动速度很慢，可以忽略动能变化，其他能量项单位为kJkg-1。从附录C水性质表中可查得，90℃时水的密度为965.3kg·m-3，则水的质量流率为965.3×12

3、=11583.6kgh-1得到放出的热量轴功势能将上述各项代入式（6-5），得到从附录C-1饱和水性质表中可查得90℃时饱和液体的焓再从饱和水性质表中可内插查到此时的温度约为38.5℃。6.3热力学第二定律和熵平衡1、热力学第二定律2、熵及熵增原理3、封闭系统的熵平衡4、稳定流动系统的熵平衡熵增原理——自发过程的不可逆过程只能向着总熵增加的方向进行，最终趋向平衡态。此时总熵变达到最大值，即△St=0达到了过程的终点。△St=△S+△S0≧0在封闭系统中进行的任何过程对孤立系统δQ=0dS孤立≥0或（△S）孤立≥0(6-13)(6-14)

4、(6-15)熵产生——系统在不可逆过程中，有序的能量耗散为无序的热能（如摩擦等），并为系统吸收而导致系统熵的增加，这部分熵称为熵产生,记为△Sg。(6-16)(6-17)熵流——若有热量流入或流出系统，则必定伴有相应的熵变化，记为△Sf或dSf熵流可为正、为负、为零(6-18)敞开体系熵平衡简图△Sg物流流入物流流出△Sf图6-3敞开系统的熵平衡方程式为：对稳流过程,系统熵的累积为0对绝热稳流过程，且只有单股流体,有mi=mj=m△Sf=0对可逆绝热的稳流过程△Sf=0,△Sg=0若为单股物料，有Si=Sj,为常见的等熵过程。这里△So为

5、系统熵的累积量(6-19)(6-20)6.4有效能与过程的热力学分析1、理想功2、损失功3、有效能4、有效能效率和有效能分析1、理想功：——系统的状态变化以完全可逆方式完成，理论上产生最大功或者消耗最小功。环境指大气温度T0，压力P0=0.1013MPa的状态完全可逆，指的是不仅系统内的所有变化是完全可逆的，而且系统和环境之间的能量交换,例如传热过程也是可逆的。(6-21)例题6-2求298K，0.1013MPa的水变成273K，同压力下冰的过程的理想功。设环境温度分别为（1）25℃；（2）-5℃。已知273K冰的熔化焓变为334.7kJ

6、/kg298K，0.1013MPa水273K，0.1013MPa冰WidH1，S1H2，S2例题6-2Hl2=-0.02kJkg-1和Sl2≈0(a)(b)理想功的计算与环境有关P160三（1）求算在流动过程中温度为540℃，压力为5.0MPa的1kmol氮气所能给出的理想功是多少？环境温度为15℃，环境压力为0.1MPa。将氮气当做理想气体P160三（1）求算在流动过程中温度为540℃，压力为5.0MPa的1kmol氮气所能给出的理想功是多少？环境温度为15℃，环境压力为0.1MPa。将氮气当做理想气体P160三（2）某厂有一输送90

7、℃热水的管道，由于保温不良，到使用单位时，水温已降至70℃。试求水温降低过程的热损失与损失功。设环境温度为25℃。2、损失功：实际过程所作的功（产生或消耗）与完全可逆过程所作的理想功之差，就称为损失功。稳定流动过程对于环境来说，Q为可逆热，Q=-T0△S0不可逆性的熵增加+过程的热损失损失功与总熵变的关系,且与环境温度有关。实际过程总是有损失功，过程的不可逆程度越大，总熵增越大，损失功也越大(6-24)例题6-3用1.50MPa,773K的过热蒸汽来推动透平机,并在0.07MPa下排出.此透平机既不是可逆的，也不是绝热的，实际输出的轴功相

8、当于可逆绝热功的85%。另有少量的热散入293K的环境，损失热为79.4kJ/kg，求此过程的损失功。解：查附录C-2过热水蒸气表可知，初始状态1.50MPa,773K时的蒸气焓、熵值为：若蒸