化工热力学第六章-化工过程能量分析ppt课件.ppt

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1、第六章化工过程能量分析第一节热力学第一定律及其应用第二节热力学第二定律及其应用第三节理想功、损失功和热力学效率第四节有效能第五节化工过程能量分析及合理利用§6-1热力学第一定律及其应用热力学第一定律即为能量守恒定律，它阐明了能量“量”的属性。人体的能量平衡热量平衡§6-2稳流系统的热力学第一定律开系的特点：①体系与环境有物质的交换。除有热功交换外，还包括物流输入和输出携带能量。任何系统能量平衡：进入系统的能量－离开系统的能量＝系统内能量的积累稳流系统能量平衡：进入系统的能量－离开系统的能量＝0图6-1

2、稳定流动过程换热器透平机基准水平面III如图为一稳定流动过程：当只有一股物料流入和流出：流体带入的能量流体带出的能量0列出平衡方程：由焓的定义：则上式可写成：对单位质量流体：上两式为开系稳流过程的能量平衡式或称为开系稳流过程热力学第一定律数学表达式。则：6.1.2稳流系统热力学第一定律的简化及应用1）流体流经压缩机、透平机、鼓风机、泵等设备若设备散热很小，可近似看成绝热过程，则：即系统与环境交换的轴功等于系统的焓变。若知道工作流体通过设备时进、出口状态下的焓值，即可求得该设备的轴功。2）流体流经管道、

3、换热器、吸收塔、精馏塔、混合器、反应器等设备（6-6）上式是冷凝器、蒸发器、冷却器等热负荷确定的依据，因此在进行设备设计中进行的热量衡算，严格的讲应称为焓衡算。3)流体流经节流阀或多孔塞当流体流经阀门或孔板等装置，（6-7）即节流过程为等焓流动4）流体流经蒸汽喷射泵及喷嘴⑴、喷管喷管：作用是通过流体获得高速，而压强下降。当出口流速﹤音速时，可用渐缩喷管：当入口流速﹤音速，当出口流速﹥音速时，用于拉法尔喷管：亚音速超音速（6-8）——称为绝热稳定流动方程式。流体流经喷射设备时，通过改变流动的截面积，将流

4、体自身的焓转变为动能，从而获得较高的流速。（6-9）（2）扩压管：在流动方向上流速降低、压力增大的装置称为扩压管。根据此式（6-8）、（6-9）可计算流体终温、质量流速、出口截面积等，因此它是喷管和扩压管的设计依据。由热力学基本关系式可知过程的，但T≠0，所以因此可逆绝热稳流过程为等熵过程。例6-1～例6-55）柏努利方程不可压缩的流体在管道中的流动，若假设流体无粘性（无阻力，无摩擦），并且管道保温良好，流动过程中流体环境无热、无轴功的交换。(6-10)§6.2热力学第二定律及其应用第二定律的典型表述

5、：⑴有关热流方向的表述：1850年克劳休斯：热不可能自动的从低温物体传给高温物体。⑵有关循环过程的表述：1851年开尔文：不可能从单一热源使之完全变成有用功，而不引起其他变化。⑶有关熵的表述：孤立体系的熵只能增加，或达到极限时保持恒定。热力学第二定律揭示了不同形式的能量在传递和转换时存在“质”的差别。思考：功可以完全转化为热，热能否全部转化为功？6.2.1熵增原理与熵产生6.2.1.1熵增原理与过程不可逆性由可知：即孤立体系永远不会发生熵减少的过程。封闭系统热力学第二定律表达式孤立系统：——熵增原理则

6、：若将系统和环境看作一个大系统，则：循环装置热源热源循环装置低温源高温源功源两个热源之间的传热工作于两个温源之间的热机1.有热量传递不做功两个热源之间热传递过程如下图所示：由于循环装置不对外做功：（无轴功交换）热力学第一定律：热力学第二定律：所以，只考虑两个热源的情况下：不可逆可逆任何传热过程都必须满足上式，否则无法实现。2.即有热量传递无做功的过程若在两个热源之间接一可逆热机，将视热机为体系，从高温热源吸热并对外做功，同时将一部分热传给低温热源。由热力学第一定律可得：由热力学第二定律：可逆过程：循环

7、过程：则：可逆：则：或可逆热机效率：由此可见：即使在可逆热机中做了最大功，也不可能将热全部转化为功，即：通过以上讨论可以说明以下几点：⑴在孤立体系中，如果发生了可逆过程，，可以获得最大功，但热并不能全部转化为功。⑵在孤立体系中，如果发生了不可逆过程，说明过程中体系做功能力损失了，而损失做功能力大小与成正比。不可逆可逆实际过程的热温熵：因此：不可逆可逆通常写成：不可逆可逆6.2.1.2熵流和熵产生将热力学第二定律的写成微分形式：——热源温度⑴熵流：封闭体系经历一可逆过程，从环境热源接受热量时，其熵变为：

8、我们称为随热流产生的熵流。熵流定义：——由于传热而引起体系熵的变化。功源熵变为零，因此功的传递不会引起熵的流动。（2）熵产生不可逆过程：写成等式：——熵产生熵产生：是由于过程的不可逆性而引起的那部分熵变。过程的不可逆程度越大，熵产生量也越大，熵产生永远不会小于零，写成：不可逆过程可逆过程不可能过程6.2.2熵平衡方程式物流流入物流流出熵流熵平衡的一般关系式：图6-3敞开系统熵平衡示意图系统熵积累速率可以写成：进入物流流出物流物流熵差与环境热量交换引起的熵