化工热力学ch2流体的PVT关系课件

热力学第一定律及应用第三章本章要求掌握能量平衡方程的形式及应用本章重点稳流过程的能量平衡方程热力学第一定律的实质就是能量在数量上是守恒的，基本形式为：Δ（体系的能量）＋Δ（环境的能量）＝0或Δ（体系的能量）＝－Δ（环境的能量）体系的能量的增加等于环境的能量的减少。3.1能量平衡方程一．热力学第一定律的实质二.能量平衡方程1.一般形式（敞开体系）（1）物料平衡方程进入体系的质量－离开体系的质量＝体系质量的积累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E1δm1

环境对微元体所作的流动功P1V1δm1

环境传入的热量δQ

环境对体系所作的轴功δWs

1)E－单位质量流体的总能量，它包含有内能、动能和位能。注意：一部分是单位质量物质被推入系统时，接受环境所给与的功，以及离开系统时推动前面物质对环境所作的流动功pv。2）系统与环境交换功W由两部分组成：一部分是通过泵、压缩机等机械设备的转动轴，使系统与环境交换的轴功Ws；2.1)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*V/A=PVP1V1—输入流动功，环境对体系作功P2V2—输出流动功，体系对环境作功。

代入，整理，得到将H=U+PVE1δm1+P1V1δm1+δQ+δWs-E2δm2-P2V2δm2=d(mE)三.能量平衡方程的应用

1.封闭体系：无质量交换，限定质量体系

m1=m2=mδm1=δm2=dm=0δQ+δWs=mdE

不存在流动功若δWs=δWδQ+δWs=mdU

或δQ+δW=mdU

积分：Q+W=ΔU

2.

稳态流动体系的能量平衡方程稳态流动是指流体流动途径中所有各点的状况都不随时间而变化，系统中没有物料和能量的积累。(1)每点状态不随时间变化(2)没有质量和能量的积累稳定流动系统的热力学第一定律表达式为：使用上式时要注意单位必须一致。按照SI单位制，每一项的单位为J·kg-1。动能和位能的单位流动功包含在焓中轴功⊿H、⊿u2/2、g⊿z、Q和Ws分别为单位质量流体的焓变、动能变化、位能变化、与环境交换的热量和轴功。3）应用条件是稳流体系，不受过程是否可逆以及流体性质的影响。注意：1)单位要一致，且用SI单位制.

H,Q,Ws—能量单位，J/Kg

C—m/s流量G—Kg/h（min.s）2）式中Q和Ws为代数值，即：Q以体系吸热为正，Ws以环境对体系作功为正。可逆条件下的轴功对于液体，在积分时一般可将V当作常数。对于气体怎么办？对于理想气体等温过程左式只适用与理想气体等温过程喷嘴与扩压管

喷嘴与扩压管的结构特点是进出口截面积变化很大。流体通过时，使压力沿着流动方向降低，而使流速加快的部件称为喷嘴。反之，使流体流速减缓，压力升高的部件称为扩压管。喷嘴扩压管喷嘴与扩压管是否存在轴功?否是否和环境交换热量?通常可以忽略位能是否变化?否质量流率流体通过焓值的改变来换取动能的调整透平机和压缩机是否存在轴功?是!是否和环境交换热量?通常可以忽略位能是否变化?不变化或者可以忽略动能是否变化？通常可以忽略节流阀是否存在轴功?否是否和环境交换热量?通常可以忽略位能是否变化?否动能是否变化?通常可以忽略混合设备是否存在轴功?否是否和环境交换热量?通常可以忽略位能是否变化?否动能是否变化?否当不止一个输入物流或（和）输出物流时Hi为单位质量第i股输出物流的焓值，xi为第i股输出物流占整个输出物流的质量分数。Hj为单位质量第j股输入物流的焓值，xj为第j股输入物流占整个输入物流的质量分数。为一股物流的质量流量。为总质量流量。混合设备132混合器换热设备整个换热设备与环境交换的热量可以忽略不计，换热设备内部两股物流存在热量交换。换热设备的能量平衡方程与混合设备的能量平衡方程相同，但物流之间不发生混合。mA和mB分别为流体A和流体B的质量流量管路和流体输送稳态流动模型通常是一个不错的近似通过泵得到轴功位能变化泵水管路和流体输送是否存在轴功?有时存在是否和环境交换热量?通常是位能是否变化?有时变化动能是否变化?通常不变化Bernoulli方程

实际流体的流动过程存在摩擦损耗，意味机械能转变为热力学能，有摩擦损耗对于无热、无轴功交换、不可压缩流体的稳流过程对于非粘性流体或简化的理想情况，可忽略摩擦损耗，则例3-11.5MPa的湿蒸汽在量热计中被节流到0.1MPa和403.15K，求湿蒸汽的干度解节流过程无功的传递，忽略散热、动能变化和位能变化T℃HkJ/kg1202716.61602796.2130H21.5MPa饱和液体焓值Hl=844.9饱和蒸汽焓值Hg=2792.2解例3-230℃的空气，以5m/s的流速流过一垂直安装的热交换器，被加热到150℃，若换热器进出口管直径相等，忽略空气流过换热器的压降，换热器高度为3m，空气Cp=1.005kJ(kgK),求50kg空气从换热器吸收的热量将空气当作理想气体，并忽略压降时换热器的动能变化和位能变化可以忽略不计例题3-3将90℃的热水，以12m3·h-1速率从储罐1输送到高度为15m的储罐2，热水泵的电动机功率为1.5kW，并且热水经过一个冷却器，放出热量的速率为2.5×106

kJ·h-1，试问：储罐2的水温度是多少？解：此例题是稳定流动过程式的应用，水在储罐的流动速度很慢，可以忽略动能变化，其他能量项单位为kJkg-1。从附录C水性质表中可查得，90℃时水的密度为965.3kg·m-3，则水的质量流率为965.