化工节能原理与技术课件2

,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,*,*,CMME,化工节能原理与技术,(2),化工节能原理与技术(2),2章、节能的热力学原理,热力学基本概念,热力学第一定律,热力学第二定律,火,用,合理利用能量的原则,2章、节能的热力学原理热力学基本概念,2.1,热力学基本概念,热力系统,热力系统状态参数,热力过程,1、热力学基本概念,2.1 热力学基本概念热力系统1、热力学基本概念,2.1.1,热力系统,定义：,由某种边界包围，被取作研究对象的特定物质或空间。,2.1.1 热力系统定义：由某种边界包围，被取作研究对象的特,2.1.2,热力系统状态参数,状态参数：描述热力系所处宏观状态各个物理量。,状态参数的特性,状态的单值函数,物理描述,与过程无关；,数学描述,微分是全微分,温度、压力、比容、焓、熵、,火,用,2.1.2 热力系统状态参数状态参数：描述热力系所处宏观状态,2.1.3,热力过程,热力系由一个状态变化到另一个状态所经历的全部状态的集合,2.1.3 热力过程热力系由一个状态变化到另一个状态所经历的,2.2,热力学第一定律,进入的能量,E,1,=,储存能量的增量,E,+,离开的能量,E,2,闭口系能量方程,Q=U+pdV,q=u+pdv,可逆过程,2.2 热力学第一定律进入的能量E1=储存能量的增量E+离,稳定流动系能量方程及应用,2.2,热力学第一定律,Q=,H+,1/2,m,c,2,+mg,z+W,s,=,H+W,t,q=,h+,1/2,c,2,+g,z+w,s,=,h+w,t,Q=,H-,Vdp,q=,h-,vdp,可逆过程,稳定流动系能量方程及应用 2.2 热力学第一定律Q=H,9,稳定流动能量方程式的应用,1.,蒸汽轮机、汽轮机,流,进系统：,流,出系统：,内部储能增量：,0,9 稳定流动能量方程式的应用1.蒸汽轮机、汽轮机 流进系,10,2,、换热器（锅炉、加热器等）,(heatexchanger:boiler,、,heater),10 2、换热器（锅炉、加热器等）(heatexchang,11,流,入：,流出：,内增：,0,若忽略动能差、位能差,2,、换热器（锅炉、加热器等）,11 流入：流出：内增：0若忽略动能差、位能差2、换热器,12,3,、管内流动,流入：,流出：,内增：,0,12 3、管内流动流入：流出：内增：0,2.3,热力学第二定律,热力学第二定律的几种表述,克劳修斯说法：,不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。,开尔文说法,:,不可能从单一热源取热使之完全变成功而不产生其他影响。,普朗克说法：,不可能制造一个机器，使之在循环动作中把一重物升高，而同时使一热源冷却。,熵增原理,:,孤立系统或绝热系统的熵可以增大,不变,但绝对不会减少。,热力学第二定律告诉我们什么？,能量的转换具有方向性和不可逆性！,2.3 热力学第二定律热力学第二定律的几种表述克劳修斯说法：,2.,卡诺定理,热效率,卡诺定理,1,、在相同的高温热源和相同的低温热源之间的可逆热机的热效率恒高于不可逆热机的热效率,2,、在相同的高温热源和低温热源工作的可逆热机有共同的热效率，而与工质无关。,2.卡诺定理热效率卡诺定理1、在相同的高温热源和相同的低温热,3.,熵增原理,过程：克劳修斯不等式,循环：克劳修斯积分不等式,(,绝热,),孤立系统,:,熵增原理,由于熵不具有守恒性，过程的不可逆会引起熵产，,3.熵增原理过程：克劳修斯不等式 循环：克劳修斯积分,2.4,1.,的基本概念,在周围环境条件下，任一形式的能量中理论上能转换为有用功的那部分能量称为该能量的火用，能量中不能转换为有用功的那部分能量称为该能量的火无或无效能。,从能量的可利用性，可把能量分为三类：,第一类：具有完全转换能力的能量，如机械能、电能等,第二类：具有部分转换能力的能量，如热能、内能等,第三类：完全不具有转换能力的能量，如环境温度下的,热能,2.4 1.的基本概念在周围环境条件下，任一形式的能,2.4,1.,的基本概念,热力学第一定律,:,在任何能量转换中，,火,用和,火,无的总量保持不变。,2.4 1.的基本概念热力学第一定律:在任何能量转换,2.,热力系统,火,用的计算,2.热力系统火用的计算,2.,热力系统,火,用的计算,2.热力系统火用的计算,(1),封闭系统,火,用的计算,(1)封闭系统火用的计算,(1),封闭系统,火,用的计算,从给定状态到环境状态积分,封闭系统的,火,无等于,:,从状态,1,可逆转变到状态,2,所能完成的最大功为,:,(1)封闭系统火用的计算从给定状态到环境状态积分封闭系统的,(2),稳定流动开口系统,火,用的计算,工质从给定状态以可逆方式转变到环境状态,并且只与环境交换热量时所做出的最大有用功,由能量平衡方程式,:,相应的,火,无为,:,从状态,1,可逆转变到状态,2,所能完成的最大功为,:,例,2-4 p46,(2)稳定流动开口系统火用的计算工质从给定状态以可逆方式转,(3),理想气体,火,用的计算,利用理想气体状态方程也可以进行计算,温度,火,用,压力,火,用,(3)理想气体火用的计算利用理想气体状态方程也可以进行计算,(3),热量,火,用的计算,系统从状态,1,变化到状态,2,，热机作出的有用功为,对于可逆过程，热机作出的最大有用功即为系统热量的火用,(3)热量火用的计算系统从状态1变化到状态2，热机作出的有,(3),热量,火,用的计算,热量火无为,也可以用熵的变化来表示,(3)热量火用的计算热量火无为也可以用熵的变化来表示,(3),热量,火,用的计算,对于恒定的热源,对于变温的热源,(,T,1,T,2,),(3)热量火用的计算对于恒定的热源对于变温的热源(T1T,(3),热量,火,用的计算,温差传热要引起火用损失，并且在温差相同、传热量相同时，低温的火用损失要比高温时大得多。,例,2-2,（,P43),例,2-3,（,P44),(3)热量火用的计算温差传热要引起火用损失，并且在温差相同,(4),化学火用,任何一个系统，当其与环境处于热力学平衡的状态时，称其处于环境状态，这时系统所具有的各种形式能量的火用值为零。而与环境不同的任何系统所具有的能量都含有火用。,一个系统与环境处于热力学平衡，可以是完全的热力学平衡，也可以是不完全的热力学平衡，这取决于研究的问题。当取不完全平衡环境状态作为基准计算时，一个系统的能量所具有的火用称为该能量的,物理火用,；当取完全平衡环境状态作为计算基准时，一个系统所具有的火用为物理火用和化学火用之和。一个系统的能量的,化学火用,是系统在,p,0,、,T,0,时相对于完全平衡环境状态因化学不平衡所具有的火用。,(4)化学火用任何一个系统，当其与环境处于热力学平衡的状态,(5),燃料,火,用的计算,燃料与氧气完全燃烧反应后,以可逆方式转变到完全平衡的环境状态所能做出的最大功。,标准燃料,火,用：,1,个大气压，,25,时的燃料,火,用,燃料,火,用,=,标准燃料,火,用,+,物理显,火,用（高温高压）,应用朗特式简单算法,固体燃料化学,火,用,液体燃料化学,火,用,气体燃料化学,火,用,(5)燃料火用的计算燃料与氧气完全燃烧反应后,以可逆方式转,2.5,火用损失和火用衡算方程式,（,1,）火用损失：和可逆过程相比，不可逆过程中火用的减少量称为不可逆过程引起的火用损失，简称火用损失。,（,2,）火用衡算方程式,【,输入火用,】=【,输出火用,】+,【,火用损失,】+【,系统火用的变化,】,2.5火用损失和火用衡算方程式（1）火用损失：和可逆过程相比,2.5.1,封闭系统火用衡算方程式,火用损失是系统由于不可逆性引起的能够做出的最大有用功的减少。,2.5.1封闭系统火用衡算方程式火用损失是系统由于不可逆性引,2.5.2,稳定流动系统的火用衡算方程式,2.5.2稳定流动系统的火用衡算方程式,2.5.2,稳定流动系统的火用衡算方程式,（,1,）有限温差传热过程,2.5.2稳定流动系统的火用衡算方程式（1）有限温差传热过程,2.5.2,稳定流动系统的火用衡算方程式,（,2,）绝热节流过程,2.5.2稳定流动系统的火用衡算方程式（2）绝热节流过程,2.5.2,稳定流动系统的火用衡算方程式,（,3,）不可逆绝热压缩过程,（,4,）不可逆绝热膨胀过程,【,例,2-10】,2.5.2稳定流动系统的火用衡算方程式（3）不可逆绝热压缩过,2.6,合理利用能量的原则,两个指标：热效率（数量损失）与,火,用效率（质量损失）,计算方法：收益,/,代价（耗费）,目标：达到,100%,举例说明：假设环境温度为,0,，为使室内保持,20,，单位时间内需向室内供热,10kJ,，如果采用电炉供暖，在没有外部损失的情况下，比较热泵和电炉的两个效率？,【,例,2-11】,2.6 合理利用能量的原则两个指标：热效率（数量损失）与火用,热泵,热泵,能量利用的经济指标,能量品质,动力循环,制冷循环,热泵循环,间壁换热器,热效率,(,数量,),火,用效率,(,质量,),能量利用的经济指标能量品质动力循环制冷循环热泵循环间壁换热器,能量利用的经济指标,能量品质,产功过程,耗功过程,传热过程,火,用效率,(,质量,),热力学火用效率,能量利用的经济指标能量品质产功过程耗功过程传热过程火用效率(,电炉热效率,:,电炉的,火,用效率,:,如果采用卡诺热泵,卡诺热效率,:,电炉的,火,用效率,:,电炉热效率:如果采用卡诺热泵,卡诺热效率:电炉的火用效率:,