第6章流动系统的热力学原理及应用分解.ppt

第6章流动系统的热力学原理及应用 主讲教师: 崔洪友 山东理工大学化工学院 可逆条件下的轴功 可逆条件下的轴功 一些常见的属于稳流体系的装置 喷嘴与扩压管 喷嘴与扩压管 透平机和压缩机 透平机和压缩机 节流阀 Throttling Valve 节流阀 混合设备 混合设备 混合设备 换热设备 管路和流体输送 Bernoulli 方程 例 6-1 1.5MPa的湿蒸汽在量热计中被节流到0.1MPa和403.15K，求原湿蒸汽的干度 6.2热功间的转化（热力学第二定律） 6.2.1 热力学第二定律 克劳修斯说法：热不可能自动从低温物体传给高温物体。 开尔文说法：不可能从单一热源吸热使之完全变为有用的功而不引起其他变化。 水往低处流 气体由高压向低压膨胀 热由高温物体传向低温物体 第一定律没有说明过程发生的方向，它告诉我们能量必须守衡。 第二定律告诉我们过程发生的方向和限度。 我们可以使这些过程按照相反方向进行，但是需要付出代价, 即消耗功。 熵增原理 等号用于可逆过程，不等号用于不可逆过程。 孤立体系 熵平衡 6.3 化工过程的有效能分析 上节内容回顾 热力学第一定律 6.3.1 有效能与无效能的概念 (1)能量的分类 按可转化为有用功的能力，分为三类： ⑴高(品）质能量：理论上能完全转化为有用功的能量。如电能、机械能； ⑵僵态能量：理论上不能转化为有用功的能量。如海水、地壳、环境状态下的能量； ⑶低（品）质能量：能部分转化为有用功的能量。如热量、内能、焓等。 6.3.1 有效能与无效能的概念 推论 高质能量=有效能 僵态能量=无效能 低质能量=有效能+无效能。 6.3.3 理想功、损失功 4 损失功的定义 6.3.4 有效能的计算 6.3.5 理想功与有效能的区别和联系 理想功与有效能的区别 （1）终态不一定相同，理想功的终态不确定，而有效能的终态为环境状态；?? （2）研究对象不同，理想功是对两个状态而言，可正可负，而有效能是对某一状态而言，与环境有关，只为正值。 小结 主要介绍了有效能、无效能、理想功和损失功四个概念； 学习了有效能、理想功和损失功的计算方法 比较了理想功和有效能之间的区别和联系。 例 1 计算稳态流动过程中N2从813K、4.052MPa变到373K、 1.013MPa时可做的理想功。（可视N2为理想气体）N2的等压热容Cp=27.89+4.271×10-3T kJ/(kmol·K), T0=293K 。 例 2 求298K，0.1013MPa的水变成273K和同压力下的冰的过程的理想功。设环境温度分别为(1)298K；(2)248K。 讨论 蒸汽1和2比较，表明压力相同时，过热蒸汽的有效能较饱和蒸汽大； 蒸汽2和3比较，表明高压蒸汽的有效能较低压蒸汽的有效能为大 蒸汽2和4比较表明，温度相同时，高压蒸汽的焓值反较低压蒸汽小 6.4.1 Rankine蒸汽动力循环 Energy Analysis 能量分析 Turbine 汽轮机 1-2 表示过热蒸汽在汽轮机中的可逆绝热膨胀过程，则 Energy Analysis 能量分析 Condenser 冷凝器 2-3 表示乏汽在冷凝器中的等温等压冷凝过程，放出的热量。Ws=0，则 Energy Analysis 能量分析 Pump 水泵 3-4 表示冷凝水通过水泵由P3升压至P4的可逆绝热压缩过程，需要消耗的轴功 Energy Analysis 能量分析 Boiler 锅炉 4-1表示液体水在锅炉中被等压加热汽化成为过热蒸汽的过程。Ws=0，故 6.4.2 热机的热效率 Steam Consumption汽耗率 工质为水蒸气时 因为水蒸气不是理想气体，气体的性质不能用理想气体方程计算，需要通过热力学图表或实际流体的状态方程求得。 热效率的计算方法 6.5 制冷循环 某蒸汽压缩制冷过程,制冷剂在250K吸收热量QL,在300K放出热量-QH, 压缩和膨胀过程是绝热的，向制冷机输入的净功为WN，判断下列情况是 A可逆的 B 不可逆的 C 不可能的 （1） QL =2000kJ WN=400kJ （2） QL=1000kJ QH=-1500kJ （3） WN=100kJ QH=-700kJ （2） QL=1000kJ QH=-1500kJ 某压缩制冷装置，用R134a作为制冷剂，蒸发器中的温度为-25℃，冷却器中的压力为1.0MPa，假定R134a进入压缩机时为饱和蒸汽，而离开冷凝器时为饱和液体，压缩过程按绝热可逆计算，制冷量Q0为1.67×105 k