第6章 热力学分析

为200℃。设在此温度范围内，
=1.090kJ/(kg·K) 。空气进口温度为38℃，
设在此温度范围内，
=1.005kJ/(kCg·Kpm) h。试C计p算ms此预热器的损耗功与热力学效
率。已知大气温度为25℃，预热器完全保温。
C pmh

C pms
上午12时57分
12
解：
H

mH
C pmh,H
(T2,H
T1,H ) mLCpmh,L (T2,L
T1,L )
0
T2,L = 45000 1.090 (315 200＋) 38＝171.6℃＝444.8K 42000 1.005
315 200
THm
ln 588.2
528.6K
，
473.2
TLm

171.6 38 ln 444.8
过程的损耗功：
WL
T0 (Ssys
Ssur )
T0[(s2
s1)
q ]
T0
298.15[(0.9549 1.1925) 83.94 ]
298.15
13.1 kJ kg-1
在管道中每输送1kg热水，因保温不良，热损失为83.94kJ，损耗功为13.1kJ。这
上午12时57分
3
因过程绝热，Q＝0。忽略动能、位能的变化，根据热力学第一定律，过程产生的轴 功为
ห้องสมุดไป่ตู้
Ws H mh 1680 (2677.6 3287.8)
1025136kJ h-1 284.8kW
对于产功过程，热力学效率可按下式计算，即
a
Ws Wid
284.8 0.8255 82.55% 345.0
蒸汽经透平的理想功与热力学效率分别为345.0kW和82.55％。
上午12时57分
4
2、不可逆过程的损耗功WL
WL Wid Ws 恒质量流体为计算基准
Wid T0 S sys hsys Ws Q hsys Wid Ws T0S sys Q
＝（376.92－292.98）＋298.15×（0.9549－1.1925）
＝13.1
kJ kg-1
上午12时57分
6
忽略动能和位能的变化，有
h q ws
因无轴功交换，ws＝0，故过程的热损失q为
q h h2 h1 292.98 376.92
＝-83.94
kJ kg-1
会有损失功。这是由于高温热量变成了低温热量，做功能力下降，能量贬值。
⑵ 损失功正比于两流体的传热温差
⑶ 损失功与两流体的温度乘积成反比，即低温传热比高温传热损失功大。
上午12时57分
10
换热过程的热力学效率为（TH、TL均大于T0）
a

QL 1

T0 TL

QH
1

T0 TH
WL

QH
1

T0 TH


QL
1

T0 TL

T0 TH TL
TH
TL Q
若TH、TL为变量，则用平均温度THm、TLm替代
WL

T0 THm TLm
THm TLm Q
Tm

T2 T1 ln T2 / T1
上午12时57分
9
注意： ⑴ 即使换热器无散热损失，即热流体放出的热量全部被冷流体吸收，仍然


Wid低 Wid高
Wid高 WL Wid高
对可逆的无温差的传热过程，若无散热损失，则η a=1；对不可逆有温差的传
热过程，η a<1
上午12时57分
11
6－7 设在用烟道气预热空气的预热器中，通过的烟道气和空气的压力均为常压，
其流量分别为45000kg/h和42000kg/h 。烟道气进入时的温度为315℃，出口温度
上午12时57分
2
解：由附表3用插值法求得P2＝0.1049MPa时饱和水蒸气的温度，T2＝101.0℃。此 状态下的焓和熵也可以用插值法得到，即
h2＝2677.6 ， s2＝7.3429
从附表3再用插值法查P1＝3.727MPa，T1＝430℃的过热蒸汽的焓和熵，得
h1＝3287.8 ，
s1＝6.9101
第6章 热力学分析
理想功：→热力学效率 Wid H T0 S m(h T0 s)
1
6-1 某水蒸气动力装置，进入水蒸气透平的水蒸气流量为1680 ， 温度为430℃，压力k为g3.7h2-71MPa。水蒸气经透平绝热膨胀对外作 功。产功后的乏汽为0.1049MPa的饱和水蒸气。求水蒸气经透平 机的理想功和热力学效率。已知大气温度为25 ℃。
【解】 从附表3分别查得70℃和90℃时饱和液体水的焓和熵为 70℃时：h2＝292.98 ，s2＝0k.9J54k9g-1 90℃时：h1＝376.92 ，s2＝1k.1J92k5g-1
故根据理想功的定义，过程的理想功为
kJ kg-1 K-1 kJ kg-1 K-1
Wid (h1 h2 ) T0 (s2 s1)
就是说，本来83.94kJ的热量通过卡诺机可提供13.1kJ的功，但因热损失而使13.1kJ
的功也消耗掉。
上午12时57分
7
6.2 化工单元过程的热力学分析
传热过程 流体流动过程 分离过程 化学反应过程
上午12时57分
8
1. 传热过程的不可逆损耗功来自热的温差。
换热器高温流体给出QH，低温时得到QL , 且 QH QL Q 则传热过程的热损耗为
则蒸汽经透平的理想功为：
Wid H T0 S m(h T0 s)
m[(h2 h1) T0 (s2 s1)] 1680 [(2677.6 3287.8) 298.15 (7.3429 6.9101)] 1241922.1kJ h-1 345.0kW
与环境交换的热
高乌－斯托多拉 公式
S sur
Qsur T0

Q T0

Q
T0Ssur
Wid Ws T0Ssys T0Ssur
WL T0Ssys T0Ssur T0St T0S g
上午12时57分
5
6-3 某厂有输送90℃热水的管道，由于保温不良，到使用单位时，水温已降至70℃。 试求水温降低过程的热损失和热耗功。大气温度为25℃。