五条禁心得体会

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,热力学第一定律及应用,第三章,本章要求,掌握能量平衡方程的形式及应用,本章重点,稳流过程的能量平衡方程,热力学第一定律的实质就是能量在数量上是守恒的，基本形式为：,（体系的能量）,（环境的能量）,0,或,（体系的能量）,（环境的能量）,体系的能量的增加等于环境的能量的减少。,3.1,能量平衡方程,一热力学第一定律的实质,1.,封闭体系,：与环境仅有能量交换，没有质量交换。体系内部是固定的。封闭体系是以固定的物质为研究对象。,在实际生产中大都遇到三种体系,3.,敞开体系,：与环境有能量交换，也有质量交换。,2.,孤立体系,：与环境没有能量交换，也没有质量交换。,二,.,能量平衡方程,1.,一般形式（敞开体系）,（,1,）物料平衡方程,进入体系的质量离开体系的质量,体系质量的积累,m,1,-,m,2,=dm,体系,（,2,）能量平衡方程,进入体系的能量离开体系的能量,=,体系积累的能量,进入体系的能量,:,微元体本身具有的能量,E,1,m,1,环境对微元体所作的流动功,P,1,V,1,m,1,环境传入的热量,Q,环境对体系所作的轴功,Ws,离开体系的能量,:,微元体带出能量,E,2,m,2,流体对环境所作的流动功,P,2,V,2,m,2,体系积累的能量,d,（,mE,）,能量恒等式为：,E,1,m,1,+P,1,V,1,m,1,+Q+Ws-E,2,m,2,-P,2,V,2,m,2,=,d(mE,),(A),1)E,单位质量流体的总能量，它包含有内能、动能和位能。,注意：,一部分是单位质量物质被推入系统时，接受环境所给与的功，以及离开系统时推动前面物质对环境所作的流动功,pv,。,2,）系统与环境交换功,W,由两部分组成：,一部分是通过泵、压缩机等机械设备的转动轴，使系统与环境交换的,轴功,Ws,；,2.1)PV,流动功，表示单位质量流体对环境或环境对流体所作的功,功力*距离,P*A*V/A=PV,P,1,V,1,输入流动功，环境对体系作功,P,2,V,2,输出流动功，体系对环境作功。,2.2)Ws,单位流体通过机器时所作的轴功,可逆轴功,对于可逆总功,d(PV)=,PdV+VdP,积分式,?,代入，整理，得到,将,H=U+PV,E,1,m,1,+P,1,V,1,m,1,+Q+Ws-E,2,m,2,-P,2,V,2,m,2,=,d(mE,),三,.,能量平衡方程的应用,1.,封闭体系：无质量交换，限定质量体系,m,1,=m,2,=m m,1,=m,2,=dm=0,Q+Ws=,mdE,不存在流动功,若,Ws=W,Q+Ws=,mdU,或,Q+W=,mdU,积分：,Q+W=U,2.,稳态流动体系的,能量平衡方程,稳态流动是指流体流动途径中所有各点的状况都不随时间而变化，系统中没有物料和能量的积累。,(1),每点状态不随时间变化,(2),没有质量和能量的积累,(1),一般能量平衡方程,对稳流体系,由式,(5-9),得：,=0,m,1,=m,2,=dm,(H,2,-H,1,)m+(C,2,2,-C,1,2,)m+g(Z,2,-Z,1,)m-Ws-Q=0,积分：,稳定流动系统的热力学第一定律表达式为：,使用上式时要注意单位必须一致。按照,SI,单位制，每一项的单位为,J,kg,-1,。,动能和位能的单位,流动功包含在焓中,轴功,H,、,u,2,/2,、,g z,、,Q,和,W,s,分别为单位质量流体的焓变、动能变化、位能变化、与环境交换的热量和轴功。,3,）应用条件是稳流体系，不受过程是否可逆以及流体性质的影响。,注意：,1),单位要一致，且用,SI,单位制,.,H,Q,Ws,能量单位，,J/Kg,Cm/s,流量,GKg/h,（,min.s,）,2,）,式中,Q,和,Ws,为代数值，即：,Q,以体系吸热为正，,Ws,以环境对体系作功为正。,可逆条件下的轴功,对于液体，在积分时一般可将,V,当作常数。,对于气体怎么办？,对于理想气体等温过程,左式只适用与理想气体等温过程,一些常见的属于稳流体系的装置,喷嘴,扩压管,节流阀,透平机,压缩机,混合装置,换热装置,喷嘴与扩压管,喷嘴与扩压管的结构特点是进出口截面积变化很大。流体通过时，使压力沿着流动方向降低，而使流速加快的部件称为喷嘴。反之，使流体流速减缓，压力升高的部件称为扩压管。,喷嘴,扩压管,喷嘴与扩压管,是否存在轴功,?,否,是否和环境交换热量,?,通常可以忽略,位能是否变化,?,否,质量流率,流体通过焓值的改变来换取动能的调整,透平机和压缩机,透平机是借助流体的减压和降温过程来产出功,压缩机可以提高流体的压力，但是要消耗功,透平机和压缩机,是否存在轴功,?,是!,是否和环境交换热量,?,通常可以忽略,位能是否变化,?,不变化或者可以忽略,动能是否变化？,通常可以忽略,节流阀,是否存在轴功,?,否,是否和环境交换热量,?,通常可以忽略,位能是否变化,?,否,动能是否变化,?,通常可以忽略,节流阀,Throttling Valve,理想气体通过节流阀温度不变,混合设备,混合两种或多种流体是很常见。,混合器,混合设备,是否存在轴功,?,否,是否和环境交换热量,?,通常可以忽略,位能是否变化,?,否,动能是否变化,?,否,当不止一个输入物流或（和）输出物流时,H,i,为单位质量第,i,股输出物流的焓值，,x,i,为第,i,股输出物流占整个输出物流的质量分数。,H,j,为单位质量第,j,股输入物流的焓值，,x,j,为第,j,股输入物流占整个输入物流的质量分数。,为一股物流的质量流量。,为总质量流量。,混合设备,1,3,2,混合器,换热设备,整个换热设备与环境交换的热量可以忽略不计，换热设备内部两股物流存在热量交换。换热设备的能量平衡方程与混合设备的能量平衡方程相同，但物流之间不发生混合。,m,A,和,m,B,分别为流体,A,和,流体,B,的质量流量,管路和流体输送,稳态流动模型通常是一个不错的近似,通过泵得到轴功,位能变化,泵,水,管路和流体输送,是否存在轴功,?,有时存在,是否和环境交换热量,?,通常是,位能是否变化,?,有时变化,动能是否变化,?,通常不变化,Bernoulli,方程,实际流体的流动过程存在摩擦损耗，意味机械能转变为热力学能，有摩擦损耗,对于无热、,无轴功交换、,不可压缩流体的稳流过程,对于非粘性流体或简化的理想情况，可忽略摩擦损耗，则,例,3-1 1.5MPa,的湿蒸汽在量热计中被节流到,0.1MPa,和,403.15K,，,求湿蒸汽的干度,解,节流过程无功的传递，,忽略散热、,动能变化,和位能变化,T ,H kJ/kg,120,2716.6,160,2796.2,130,H,2,1.5MPa,饱和液体焓值,H,l,=844.9,饱和蒸汽焓值,H,g,=2792.2,解,例,3-2,30,的空气，以,5m/s,的流速流过一垂直安装的热交换器，被加热到,150,，,若换热器进出口管直径相等，忽略空气流过换热器的压降，换热器高度为,3m,，,空气,Cp=1.005kJ(kgK),求,50kg,空气从换热器吸收的热量,将,空气当作理想气体，并忽略压降时,换热器的动能变化和位能变化可以忽略不计,例题,3-3,将,90,的热水，以,12m,3,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,2.510,6,kJh,-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,965.3kgm,-3,，,则水的质量流率为,965.312=11583.6 kg,h,-1,得到放出的热量,轴功,势能,将上述各项代入式稳流体系的能量平衡方程得到,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,。,