章环境工程原理.ppt

物质的焓定义为 焓值是温度与物态的函数，因此进行衡算时除选取时间基准外，还需要选取物态与温度基准，通常以273K物质的液态为基准。 单位质量物质的焓 单位质量物质的内能 物质所处的压强 单位质量物质的体积 第三节 能量衡算 (2.3.5) 封闭系统——与环境没有物质交换的系统 大气层、封闭的系统等 系统从外界吸收的热量等于内部能量的积累 对物料总质量进行衡算 内部能量的变化表现为？ 第三节 能量衡算 三、封闭系统的热量衡算 (2.3.4) 物料的比定压热容 物料温度改变 物料的质量 无相变情况下表现为温度的变化 （1）恒压过程中，体系所吸收的热量全部用于焓的增加，即 （2）恒容、不做非体积功的条件下，体系所吸收的热量全部用于增加体系的内能，即 物料的比定容热容 第三节 能量衡算 三、封闭系统的热量衡算 物质的潜热 对于固体或液体： 热量衡算方程 无相变情况下表现为温度的变化 第三节 能量衡算 三、封闭系统的热量衡算 有相变情况下吸收或放出的潜热 【例题2.3.1】热水器发热元件的功率是1.5kW，将水20L从15℃加热到65℃，试计算需要多少时间？假设所有电能都转化为水的热能，忽略水箱自身温度升高所消耗的能量和从水箱向环境中散失掉的能量。 系统吸收的热量来自发热元件，加热时间为 ， 输入的热量为 Q＝1.5×Δt＝1.5Δt kW·h 水中能量的变化为 ＝20×1×4.18×（65－15）＝4180 kJ 输入的能量等于水中能量的变化 水 ＝0.77 h 第三节 能量衡算 解：以热水器中水所占的体积为衡算系统，为封闭系统。 kJ ℃ ℃ ℃ 第三节 能量衡算 【题2.3.2 】据估计，每年全球的降水如果均匀分布在 5.10×10 14 m 2 的地球表面， 则平均降水量 为 1m 。求每年使这些水汽化所需要的能量，与 1987 年世界的能 源消耗（ 3.3×10 17 kJ ）以及与地球表面对太阳能的平均吸收率（ 168W/m 2 ）进行 比较。 解：全球水体的平均表层温度接近 15 ，因此选用 15 作为起始温度。水 在 15 下的汽化热为 2457.7kJ/kg 。所有水汽化的总能量需求为： 这是人类社会所消耗能量的将近 4000 倍。在全球范围内，推动全球水循环 的平均能量为： 该数值约为地球表面对太阳能的平均吸收率的一半。 KJ ——与环境既有物质交换又有能量交换的系统 对于单位时间物料进行衡算 对于稳态过程 第三节 能量衡算 四、开放系统的热量衡算 (2.3.12) 开放系统 【例题2.3.3】在一列管式换热器中用373K的饱和水蒸气加热某液体，液体流量为1000kg/h。从298K加热到353K，液体的平均比热容为3.56kJ/(kg·K)。饱和水蒸气冷凝放热后以373 K的饱和水排出。换热器向四周的散热速率为10 000 kJ/h。试求稳定操作下加热所需的蒸气量。 解：取整个换热器为衡算系统，时间基准为1h，物态温度基准为273K液体。 第三节 能量衡算 四、开放系统的热量衡算 373K饱和水的焓： 353K的液体： 第三节 能量衡算 输入系统的物料的焓值包括： 设饱和水蒸气用量为G kg/h，查得373K的饱和水蒸气的焓为2677 kJ/kg，饱和水的焓为418.68 kJ/kg 输出系统的物料的焓值包括： =－10 000 kJ/h 解得G＝91.1 kg/h 饱和水蒸气的焓： 298K的液体： 饱和水蒸气的焓 298K的液体 353K的液体 373K饱和水的焓 Q 【例题2.3.4】一污水池内有50m3的污水，温度为15℃，为加速消化过程，需将其加热到35℃。采用外循环法加热，使污水以5 m3/h的流量通过换热器，换热器用水蒸气加热，其出口温度恒定为100℃。假设罐内污水混合均匀，污水的密度为1000kg/ m3，不考虑池的散热，问污水加热到所需温度需要多少时间？ 非稳态过程 解：池中污水混合均匀，因此任意时刻从池中排出的污水温度与池中相同，设其为T。以污水池为衡算系统，以0℃的污水为温度物态基准。 输出系统的焓 系统内积累的焓 输入系统的焓 T 第三节 能量衡算 边界条件： ℃ ℃ h 第三节 能量衡算 开放系统中能量变化率的计算： 第三节 能量衡算