《化工热力学》课程教学课件(PPT讲稿)第五章 化工过程的能量分析

第五章 化工过程的能量分析
1 第五章 化工过程的能量分析

5.1能量平衡方程 ·5.2功热间的转化 0 5.3熵函数 ·5.4理想功、损失功及热力学效率 5.5有效能和无效能 5.6有效能衡算及有效能效率 5.7化红过程与系统的有效能分析
2 ▪ 5.1 能量平衡方程 ▪ 5.2 功热间的转化 ▪ 5.3 熵函数 ▪ 5.4 理想功、损失功及热力学效率 ▪ 5.5 有效能和无效能 ▪ 5.6 有效能衡算及有效能效率 ▪ 5.7 化工过程与系统的有效能分析

5. 1能量平衡方程 5.1.1 能量守恒与转换 一切物质都具有能量,能量是物质固有的特性。 通常,能量可分为两大类,一类是系统蓄积的能量,如动能、 势能和热力学能,它们都是系统状态的函数。另一类是过程中 系统和环境传递的能量,常见有功和热量,它们就不是状态函 数,而与过程有关。热量是因为温度差别引起的能量传递,而 做功是由势差引起的能量传递。因此,热和功是两种本质不同 且与过程传递方式有关的能量形式
3 5.1 能量平衡方程 ▪ 5.1.1 能量守恒与转换 ▪ 一切物质都具有能量,能量是物质固有的特性。 通常,能量可分为两大类,一类是系统蓄积的能量,如动能、 势能和热力学能,它们都是系统状态的函数。另一类是过程中 系统和环境传递的能量,常见有功和热量,它们就不是状态函 数,而与过程有关。热量是因为温度差别引起的能量传递,而 做功是由势差引起的能量传递。因此,热和功是两种本质不同 且与过程传递方式有关的能量形式

·体系与环境间由于温差而传递的能量称为热Q ·在除温差之外的其他推动力影响下,体系与环境间传递的能量 称为功W。 ◆ 体系在过程前后的能量变化△E应与体系在该过程中传递的热 Q与功W之代数和相等。 ·如E1、E2分别代表体系始、终态的总能量,则 △E=E2-E1=Q+W 这就是热力学第一定律的数学表达式
4 ▪ 体系与环境间由于温差而传递的能量称为热Q ▪ 在除温差之外的其他推动力影响下,体系与环境间传递的能量 称为功W。 ▪ 体系在过程前后的能量变化△E 应与体系在该过程中传递的热 Q与功W之代数和相等。 ▪ 如E1、E2分别代表体系始、终态的总能量,则 ▪ △E=E2-E1=Q+W ▪ 这就是热力学第一定律的数学表达式

在实际生产中大都遇到两种体系,即敞开体系和封闭 体系。 1.封闭体系: (限定质量体系) 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。 2.敞开体系: (限定容积体系) 与环境有能量交换,也有质量交换。 5
5 在实际生产中大都遇到两种体系,即敞开体系和封闭 体系。 1. 封闭体系: (限定质量体系) 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。 2. 敞开体系: (限定容积体系) 与环境有能量交换,也有质量交换

5.1.2 能量平衡方程 ·1.一般形式 PIV C U δm1 d Ws Z P2 V2 C2 U2 d δm2 Z
6 5.1.2 能量平衡方程 ▪ 1.一般形式 Ws Q P1 V1 C1 U1 Z P2 V2 C2 U2 1 Z2 δm1 δm2

()物料平衡方程:根据上式:得到 δm1-δm2=dm体系 (2)能量平衡方程 进入体系的能量一离开体系的能量=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,δm1 环境传入的热量δQ 环境对体系所作的轴功δWs
7 (1)物料平衡方程:根据上式:得到 m1 - m2 =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 E1 δm1 环境传入的热量 δQ 环境对体系所作的轴功δWs

离开体系的能量: 微元体带出能量E,δm2 体系积累的能量=d(mE) 能量恒等式为: E11-E2i2+0+6W、+P,V-P2',=d(mE)
8 离开体系的能量: 微元体带出能量E2 δm2 体系积累的能量= d(mE) 能量恒等式为: ( ) E1 m1 − E2 m2 +Q +WS +P1 V1 − P2 V2 = d mE

注意: 1)E一单位质量流体的总能量,它包含有热力学 能、动能和位能。 E=U+43 2 +g2 2)PV一流动功,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札=PV PV1一输入流动功,环境对体系作功 P2Y2一输出流动功,体系对环境作功
9 1 ) E-单位质量流体的总能量,它包含有热力学 能、动能和位能。 注意: gZ 2 E U 2 + = + 2) 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*L=PV P1 V1—输入流动功,环境对体系作功 P2 V2—输出流动功,体系对环境作功

3)Ws一单位流体通过机器时所作的轴功 可逆轴功 Vdp 对于可逆总功 WR=-PdW=-'?+P+W附 Ws=W+(E,-P)=-「PdW+(EY2-PY) d(PV)=PdV+VdP 积分式 dPn=P,-pg=∫PaW+∫a s=-∫Par+∫PaW+∫adP=∫dn 10
10 3)Ws—单位流体通过机器时所作的轴功 可逆轴功 = 2 1 P P WSR VdP 对于可逆总功 W PdV P V PV Ws V V R = − = − + + 2 2 1 1 2 1 ( ) ( ) Ws =WR + P2 V2 − P1 V1 = − PdV + P2 V2 − P1 V1 d(PV)=PdV+VdP d PV = P V − PV = PdV + VdP P V PV 2 2 1 1 2 2 1 1 积分式 ( ) ? Ws = − PdV + PdV + VdP = VdP
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