chap5 化工过程的能量分析.ppt

文档介绍：第六章
化工过程的能量分析
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能量平衡方程
一. 热力学第一定律的实质
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。
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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。
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Ws
Q
δm2
δm1
P1 V1 μ1 U1
P2 V2 μ2 U2
Z1
Z2
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(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 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
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离开体系的能量:
微元体带出能量 E2δm2
微元体对环境所作的流动功 P2V2δm2
体系积累的能量= d(mE)
能量恒等式为:
E1δm1+P1V1δm1+δQ +δWs -E2δm2-P2V2δm2=d(mE)
(6-6)
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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:
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*V/A=PV
P1V1—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。
E = U + μ2/2 + gZ (6-7)
3)Ws—单位流体通过机器时所作的轴功
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2. 能量平衡方程一般形式
代入(6-6)式,整理,得到
将
H = U + PV
(6-9)
E = U + μ2/2 + gZ
d(mE)体系=(H1+μ12/2+gZ1)δm1-(H2+μ22/2+gZ2)δm2+δQ+δWS
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:无质量交换,限定质量体系
m1=m2=m δm1=δm2=dm=0
δQ+δWs=mdE
不存在流动功
若
δWs=δW
δQ+δWs=mdU
或δQ+δW=mdU
(6-11)
所以:
d(μ2/2)=0;
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稳定流动过程,表现在流动过程中体系内
(1)每点状态不随时间变化
(2)没有质量和能量的积累
由式(6-9)可得到稳流体系的一般能量平衡方程
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