文档介绍：化工过程的能量分析
单位质量的流体带入、带出能量的形式为动能(u2/2)，势能(gz)和热力学能(U)。
流体从截面1通过设备流到截面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
T ℃
H kJ/kg
120
160
130
H2
饱和液体焓值 Hl=
饱和蒸汽焓值 Hg=
例 5-2
解:
30 ℃ 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=·K,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
第二节 热功间的转化
克劳修斯说法：
热力学第二定律说明过程按照特定方向，而不是按照任意方向进行。
自然界中的物理过程能够自发地向平衡方向进行。
开尔文说法：
热不可能自动从低温物体传给高温物体。
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。
一、热力学第二定律 的表述形式：
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
我们可以使这些过程按照相反方向进行，但是需要消耗功。
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。
二、热功间的转化及其方向性实质
热功间的转化：
功可以自发全部转化为热；而热只能非自发的部分转化为功。
其方向性实质：
有序态转化为无序态的不可逆性。
热机的热效率
火力发电厂的热效率大约为40%
高温热源 TH
低温热源 TL
卡诺热机的效率
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
第三节 熵函数 一、熵与熵增原理
二、 熵平衡
熵流是由于有热量流入或流出系统所伴有的熵变化
可逆过程
由于传递的热量可正，可负，可零，熵流也亦可正，可负，可零。
熵产生是体系内部不可逆性引起的熵变化
不可逆过程
稳态流动体系
绝热节流过程 ，只有单股流体，mi＝mj＝m,
可逆绝热过程
单股流体
封闭体系
定义：
系统在一定的环境条件下，沿完全可逆的途径从
一个状态变到另一个状态所能产生的最大有用功
或必须消耗的最小功。
理想功是一个理论的极限值，是用来作为实际功的
比较标准。
过程完全可逆：
（1）体系发生的所有变化都是可逆的。
（2）体系与环境间有热交换时也是可逆的。
理想功、损失功和热力学效率
理想功
（环境通常是指大气温度T0和压力 P0=。）
注意：
理想功和可逆功并非同一概念。理想功是指可逆
有用功，即可利用的功，但并不等于可逆功的全部。
图6-4稳流过程理想功示意图
无数个小型
卡诺热机
周围自然环境
（温度 ）
可逆的
稳流过程
状态1
1
状态2
2
稳定流动系统的热力学第一定律表达式为：
假定过程是完全可逆的，而且系统所处的环境可认为是—个温度为T0的恒温热源。根据热力学第二定律,系统与环境之间的可逆传热量为 Qrev=T0ΔS
忽略动能和势能变化
1、理想功是状态参数
稳流过程的理想功只与状态变化有关，即与初、终态以及环境温度T0有关，而与变化的途径无关。只要初、终态相同，无论是否可逆过程，其理想功是相同的。
2、理想功与理论功（可逆轴功）不同
理想功是完全可逆过程所作的功，它在与环境换热Q过程中使用卡诺热机作可逆功。
3、理想功是最大可逆功
通过比较理想功与实际功，可以评价实际过程的不可逆程度。
理想功的性质：
例 5-6 计算稳态流动过程N2中从813K、、 。N2的等压热容Cp=+× 10-3T kJ/(kmol·K), T0=293K 。
解
二、 损失功
系统在相同的状态变化过程中，不可逆过程的实际功与完全可逆过程的理想功之差称为损失功。
对稳态流动过程
Q是系统与温度为T0的环境所交换的热量，ΔS是系统的熵变。由于环境可视为恒温热源，Q相对环境而言，是可逆热量，但是用于环境时为负号，即
- Q＝T0 ΔS0
根据热力学第二定律(熵增原理)， ΔS≥ 0 ，等号表示可逆过程