热力化学第四章 热力学第一定律重点.ppt

4.4 气体压缩过程 往复式压缩机与叶轮式压缩机的对比 往复式压缩机： 1、转速低，间歇吸气排气，有余隙容积，排量不大；2、压缩比较高。 1、转速高，连续吸气排气，无余隙容积，排量大；2、压缩比较小。 叶轮式压缩机：  化工热力学 Chemical Engineering Thermodynamics 华北科技学院 第四章 热力学第一定律 能量平衡式 4.1 闭系非流动过程的能量平衡 体系能量的变化=体系与环境交换的净能量 即： 封闭体系非流动过程的热力学第一定律： 4.2 开系通用的能量平衡方程 1. 开系稳流过程的能量平衡 4.3 稳流过程的能量平衡 1)外部环境对流体提供的能量(对于1kg流体): ①外功(ws)—净功或有效功，J/kg； ②热量(q)—获得的热量，J/kg； 规定：外界提供给流体功， ws为正； 流体传递给外界功，ws为负。 稳流过程 状态是稳定的 流动是稳定的 4.3 稳流过程的能量平衡 ① 内能 U: J/kg； ② 位能: ③ 动能: 2) 流体在流动过程中本身所具有的能量(对于1kg流体): m kg： 位能 = mgZ， J ④ 静压能(压强能) 1 kg： 位能 = gZ， J/kg m kg-V m3 ：静压能=pV，J 1 kg-V/m m3 ：静压能 ，J/kg m kg： 动能 = mu2/2， J 1 kg： 动能 = u2/2 ， J/kg 4.3 稳流过程的能量平衡 总能量衡算式 依据: 输入总能量=输出总能量 流动系统 衡算范围：1-1?至2-2?截面 衡算基准：1kg不可压缩流体 基准水平面：0-0?平面 4.3 稳流过程的能量平衡 P97，例4-1 1kg流体稳流能量衡算式 mkg mkg流体稳流能量衡算式 4.3 稳流过程的能量平衡 (1)机械能平衡方程式（柏努利方程）： 流体不可压缩→ρ=常数=1/v，v△p=△p/ρ 无热、无轴功交换→q=0，ws=0 理想流体，无粘性→摩擦损耗hf=0，△U=0 条件 △h=△U+v△p 2. 稳流过程能量平衡的简化形式 4.3 稳流过程的能量平衡 (2)绝热稳定流动方程式 条件：可压缩，与外界无热、无轴功交换。 根据此式可计算流体终温、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。 可逆， ∴为等熵过程 节流：△H≈0，等焓过程 孔板、阀门、多孔塞 p↓，?u≈0 4.3 稳流过程的能量平衡 b. 无热交换（绝热） 或 (3)与外界有大量热、轴功交换的稳流过程 (动能≈0，位能≈0) 或 a. 有大量热、无轴功交换，Ws=0 换热器、反应器 泵、压缩机、透平 P99，例4-2，3 体系状态变化，如发生化学反应，相变化，温度变化， 与环境交换的热量（反应热，相变热，显热） 等于体系的焓差 4.3 稳流过程的能量平衡 3. 轴功 (1)可逆轴功Ws(R)的计算： ①对于静止的或流动的封闭体系 单位质量流体： 无任何摩擦损失的轴功 液体 ws(R)=v△p ②绝热可逆过程(等熵)： 4.3 稳流过程的能量平衡 3. 轴功 (2)实际轴功Ws的计算： 产功设备(透平)： 耗功设备： ηm ：机械效率其大小与机器制作水平有关 P105，例4-4，5 可逆轴功为最大功 可逆轴功为最小功 4. 热量衡算 4.3 稳流过程的能量平衡 热量衡算：无轴功交换，只有热交换过程的 能量衡算。 稳流过程的热量衡算的基本关系式： △H=Q 4.3 稳流过程的能量平衡 四种热效应： 显热――物流的温度变化 潜热――物流的相变化 混合热效应――多股物流混合 反应热效应――化学反应产生 热量衡算方法：(四选择) 选择控制体（研究对象）； 选择物流量（计算基准）； 选择基准状态（基准温度）； 选择初始态（设计最佳途径）。 4.3 稳流过程的能量平衡 A物流 B物流 TA1 TA2 TB1 TB2 QB QA QL 换热器热平衡 物流A：温度TA1→TA2，放热QA，流量mA，平均等压热容CpmhA 物流B：温度TB1→TB2，吸热QB ，流量mB，平均等压热容CpmhB 换热器：热损失QL 对于换热器，△H=Q △H= △HA+△HB，Q=QL=QA +QB △HA=mACpmhA(TA2-TA1) △HB=mBCpmhB(TB2-TB1) 换热器的热量平衡式： QL=mACpmhA(TA2-TA1)+mBCpmhB(TB2-TB1) 4.3 稳流过程的能量平衡 循环气：流量mG，冷凝氨量mL ，温度TG1→TG2，CpmhG，△hL 液氨：流量mA，汽化液