文档介绍：第四章化工过程(guòchéng)的能量分析
◆ 第一节能量(néngliàng)平衡方程
◆ 第二节热功间的转换
◆ 第三节熵函数
◆ 第四节理想功、损失功和热力学效率
◆ 第五节有效能
第一页，共74页。
第一节能量(néngliàng)平衡方程
一、能量守恒与转换
一切物质都具有能量，能量是物质固有的特性。通常，能量可分为两大类：
一类是系统蓄积的能量，如动能、势能和热力学能，它们都是系统状态的函数。
另一类是过程中系统和环境传递的能量，常见有功和热，它们就不是状态函数，而与过程有关。
热量是因为温度差别引起的能量传递，而做功是由势差引起的能量传递。因此(yīncǐ)，热和功是两种本质不同且与过程传递方式有关的能量形式。
第二页，共74页。
热力学第一定律即为能量守恒定律，它阐明(chǎnmíng)了能量“量”的属性。
人体的能量(néngliàng)平衡
热量(rèliàng)平衡
第三页，共74页。
能量的形式不同，但是可以相互转化或传递，在转化或传递的过程(guòchéng)中，能量的数量是守桓的，这就是热力学第一定律，即能量转化和守恒原理。
体系在过程(guòchéng)前后的能量变换ΔE应与体系在该过程(guòchéng)中传递的热量Q与功W相等。
体系吸热为正值，放热为负值；
体系得功为正值，对环境做功为负值。
第四页，共74页。
二、封闭体系的能量(néngliàng)平衡方程
在闭系非流动过程中的热力学第一(dìyī)定律数学表达式为
第五页，共74页。
三、稳态流动体系的能量平衡(pínghéng)方程
稳态流动(liúdòng)是指流体流动(liúdòng)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。
稳态流动系统(xìtǒng)的能量平衡关系式为：
第六页，共74页。
图 4-1 稳定流动(liúdòng)过程
换热器
透平机
基准(jīzhǔn)水平面
I
II
如图为一稳定流动(liúdòng)过程：
第七页，共74页。
单位质量的流体带入、带出能量的形式(xíngshì)为动能(u2/2)，势能(gz)和热力学能(U)。
流体从截面1通过(tōngguò)设备流到截面2，在截面1处流体进入设备所具有的状况用下标1表示，此处距基准面的高度为z1，流动平均速度u1，比容V1，压力P1以及内能U1等。同样在截面2处流体流出所具有的状况用下标2表示。
g为重力(zhònglì)加速度。
第八页，共74页。
系统与环境交换功W，实际上由两部分组成。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；另一部分是单位(dānwèi)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功。
假设系统入口处截面面积为Al，流体的比容为V1，压力为P1，则推动力为P1A1，使单位(dānwèi)质量流体进入系统，需要移动的距离为V1/A1,推动单位(dānwèi)质量流体进入系统所需要的功为
这是单位质量流体进入系统时，接受后面流体(环境)所给予的功；同样,单位质量流体离开(lí kāi)系统时，必须推动前面的流体(环境)，即对环境作－P2V2的功。这种流体内部相互推动所交换的功，称为流动功。只有在连续流动过程中才有这种功。
第九页，共74页。
对于(duìyú)流动过程，系统与环境交换的功是轴功与流动功之和
稳态流动系统(xìtǒng)的能量平衡关系可写为
将焓的定义 H=U+PV 代入上式可得稳定流动(liúdòng)系统的能量平衡方程
第十页，共74页。