中南大学化工热力学-课件-过程热力学分析.pdf

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1、内容√第一章绪论任务√第二章流体的热力学性质第三章热力学第一定律及其应用¾引言（1)平衡状态下的热力学性质计算(定组成)¾3.1闭系非流动过程的能量平衡¾3.2开系流体过程的能量平衡¾3.3稳流过程的能量平衡¾3.4气体压缩过程（2)过程进行的可行性分析和能量有效利用第四章热力循环—热力学第二定律及其应用第五章化工过程热力学分析第六章溶液热力学基础(3)平衡问题，特别是相平衡第七章液体相平衡第八章化学反应平衡引言研究过程能量变化的意义第三章¾传热、传质或化学反应过程都同时伴有能量的变化，有的消耗能量，有的释放能量，因此，研究化工过程能量变化，对于降低能量消耗，合理利用能量是十

2、分重要的。能量的种类热力学第一定律¾体系蓄积的能量：动能、位能、内能→体系状态函数及其应用¾过程传递的能量：V热量：体系与外界因温度差异引起的能量传递V功：除温度外，由其它位势差引起的能量传递热力学第一定律－能量转化与守恒原理自然界的能量即不能被创造，也不能被消灭，只能相互转化或传递。在转化或传递过程中，能量的数量是守恒的。引言3.1闭系非流动过程的能量平衡研究过程能量变化的意义热力学第一定律－能量转化与守恒原理体系与外界交换的热＋吸热能量的种类－放热体系与外界¾孤立体系¾封闭体系（简称闭系，限定质量体系）∆U=q−wV与环境仅有能量交换，而无质量交换，体系内部是固定的。封闭

3、体系是以固定的物质为研究对象的，为了突出这一点，近年来倾向于把封闭体系称为限定质量体系。体系与外界交换的功¾敞开体系（简称开系、限定容积体系）＋体系作功V与环境既有能量交换也有质量交换。－得功体系内能的变化V由于敞开体系与环境有物质交换，因此，体系内部的物质是不断更新的，敞开体系实际是以一定空间范围为研究对象的，为了突出这一点，人们常把敞开体系称为限定容积体系。13.2开系流动过程的能量平衡3.2开系流动过程的能量平衡功流量热流¾开系平衡物料衡算¾开系平衡量质量''V开系的特点流量δQdtδWdt体系与环境有物质的交换(mj•ej)m除有热功交换外，还包括物流输入和输出携带能

4、量。jmiV开系的划分(dMdt)()dEdtσσ可以是化工生产中的一台或几台设备。(mi•ei)可以是一个过程或几个过程。能量衡算可以是一个化工厂。质量积累单位质量所速率能量积累携带能量速率t2t2把划定的开放体系那部分称为控制体，用σ表示非稳流过程∆E=Q'−W'+emdt−emdt∑∫ii∑∫jjt1t1ij3.2开系流动过程的能量平衡3.2开系流动过程的能量平衡't2t2∆E=Q'−W+()e+Pvmdt−()e+PvmdtShaftWork轴功流动功：迫使物质通过开系所作S∑∫tiiii∑∫tjjjj11ij的功。若进入开系单位质量流体i的体积为vi，所受的压力为P

5、i，则''如果通过边界的物质所携带的能量只限于内能、位能和W'=Wf+Ws上游流体对其作的功为Piv。动能，则单位质量的流体携带的能量e为：'t2t2e=U+gz+1u2h≡u+PvW=Pvmdt−Pvmdtf∑∫jjj∑∫iii2t1t1ji't2⎛12⎞t2⎛12⎞t2t2∆E=Q'−WS+∑∫t⎜hi+gzi+ui⎟midt−∑∫t⎜hj+gzj+uj⎟mjdt∆E=Q'−W'+emdt−emdti1⎝2⎠j1⎝2⎠∑∫ii∑∫jjt1t1ij't2t2dEδQ'δW't1t1∆E=Q'−W+()e+Pvmdt−()e+Pvmdt⎛⎞S2⎛2⎞2⎛2⎞S∑∫iiii∑∫

6、jjjj⎜⎟=−+∑∫⎜hi+gzi+ui⎟mi−∑∫⎜hj+gzj+uj⎟mjt1t1⎝dt⎠σdtdtit1⎝2⎠jt1⎝2⎠ij3.3稳流过程的能量平衡3.3稳流过程的能量平衡3.3.1开系稳流过程能量平衡式状态是稳定的3.3.1开系稳流过程能量平衡式0=Q−W−∆H−∆E−∆E稳流过程SPK∆E=0(dEdt)=0σm=mi=mj流动是稳定的∆H=m(hj−hi)=m∆h0=Q−W−∆H−∆E−∆ESPK∆H=∑hjmj−∑himi∆EP=mg(zj−zi)=mg∆z'ji⎛δW⎞W=⎜⎟S⎜dt⎟12212⎝⎠σ∆EP=∑mjgzj−∑migzi∆EK=m(uj−u

7、i)=mg∆uji22⎛'⎞⎜δQ⎟11Q=⎜⎟∆E=mu2−mu212⎝dt⎠σK∑2jj∑2iim∆h+mg∆z+mg∆u=Q−WSji2'⎛dE⎞δQ'δWSt2⎛12⎞t2⎛12⎞开系稳流过程能量平衡式/开系稳流过程热力学第一定律数学表达式。⎜⎟=−+∑∫⎜hi+gzi+ui⎟mi−∑∫⎜hj+gzj+uj⎟mj⎝dt⎠dtdtit1⎝2⎠jt1⎝2⎠σ23.3稳流过程的能量平衡12m∆h+mg∆z+mg∆u=Q−W2S例3-1¾用功率为2.0kW的泵将热水从储罐Qq=m送到换热器。热水流量为3