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、流动系统的热力学原理及应用Chapter6PrincipleandApplicationofThermodynamicsinFluidSystem本章重点：稳定流动过程热力学原理，运用热力学第一定律和第二定律，对化工过程的能量转化、传递、使用和损失情况进行分析，揭示能量的消耗、大小、原因和部位，为改进工艺过程，提高能量利用率指出方向和方法。能量的等级高级能量：理论上完全可以转化为功的能量，如机械能、电能、水力能和风能等。低级能量：理论上不能完全转化为功的能量，如热能、内能和焓等。●热力学第一定律闭系非流动过程中的热力学第一定律数学表达式为封闭系统内，克服恒定外压所做的体积功的计算公

2、式为可逆过程一般功的计算●稳定流动系统的热力学第一定律稳定流动：稳定流动系统的热力学第一定律表达式为：因为H=U+PV关系式，可导出若略去动能和势能的变化其中，W为总的功可逆轴功表达式为例题6-1将90℃的热水，以12m3·h-1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-1，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

3、的质量流率为965.3×12=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℃。热力学第二定律和熵平衡●热力学第二定律常见的第二定律表述如下：1.克劳修斯(Clausius)说法：热不可能自动从低温物体传给高温物体。2.开尔文(Kelvin)说法：不可能从单一热源吸热使之完全变为有用的功而不引起其它变化。●熵及熵增原理熵的定义为可逆热温熵熵差对可逆的等温过程绝热可逆过程ΔS=0非可逆过程利用状态函数的性质来计算热力学第二定律的数学表达式孤立系统，δ

4、Q=0,则上式变为熵增原理自发进行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ΔSt=0，达到了过程的终点。熵增原理为我们提供了判断过程进行的方向和限度，但是,判断的依据是总熵变而不是系统的熵变。热力学第二定律揭示了热和功之间的转化规律，热机的效率η定义为热机循环过程中从高温热源吸收的热量Q1与所作的功W之比值按照热力学第一定律，系统从热源吸收的热只能部分转化为功，即W

5、源与同温冷源之间的可逆机，其效率相等，并与工作介质（工质）无关。卡诺热机的效率●封闭系统的熵平衡由于实际过程的不可逆性引起能量品质的损耗,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，这部分熵常称为熵产生，记为ΔSg,。引入封闭系统熵产生变量dSg它不是系统的性质，而是与系统的不可逆过程有关，过程的不可逆程度越大，熵产生量ΔSg越大。可逆过程无熵产生。●稳定流动系统的熵平衡如果有热量流入或流出系统，则必定伴有相应的熵变化，即δQ/T流入系统，该熵变常称为熵流，记为ΔSf，定义为传递的热量可正，可负,可零，因此熵流也亦可正，可负，可零。功的传递不会直接引起系

6、统的熵流。敞开系统的熵平衡方程式为：·对稳流过程对绝热过程，且只有单股流体对可逆绝热过程且若单股物料，有Si=Sj,为常见的等熵过程。这里△So为系统熵的累积量有效能与过程的热力学分析●理想功理想功：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。是一个理想的极限值。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。环境通常指大气温度T0和压力P0=0.1013MPa的状态。系统与环境之间的完全可逆过程传热量为代入稳流过程热力学第一定律表达式，理想功Wid表达式上式忽略了动能和势能差。稳流过程的理想功只与状态变

7、化有关，即与初、终态以及环境温度T0有关，而与变化的途径无关。只要初、终态相同，无论是否可逆过程，其理想功是相同的。理想功与轴功不同在于：理想功是完全可逆过程，它在与环境换热Q过程中使用卡诺热机作可逆功。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.kg-1。解：如果忽略压力对液体水的焓和熵的影响。查附录C-1水的性质表得到298K时水的有关数据