化工过程的能量分析PPT
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化工生产中大都为稳定流动体系
10
5.1.1热力学第一定律的实质
稳流过程 敞开体系中发生的过程为流动过程，如
果流动过程进行时，体系内任一点的状态都 不随时间而变（但各点状态可以不同)，则 此过程称为稳定流动过程，简称稳流过程。 化工生产中大都为稳定流动体系
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5.1能量平衡方程---热力学第一定律 5.1.1 热力学第一定律的实质 5.1.2 能量平衡方程 5.1.3 能量平衡方程的应用
2
5 化工过程的能量分析
本章要求： 3、掌握熵变的计算，并运用熵增原理判断实
际过程进行的方向和限度； 4、正确理解并熟练掌握理想功和损失功的定
义及其应用； 5、正确理解并熟练应用火用、火用的衡算及其
应用。
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5 化工过程的能量分析
化工过程需要消耗大量能量， 提高能量利用率、合理地使用能量已成 为人们共同关心的问题。从最原始的意 义上来说，热力学是研究能量的科学， 用热力学的观点、方法来指导能量的合 理使用已成为现代热力学一大任务。
无动、位能变化
mdE=mdU
封闭体系 Wf ＝0,不存在流动功
则δW＝δWs
故 mdU=δQ+δW
对单位质量的流体 U＝Q+W
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5.1.3能量平衡方程的应用
2）稳定流动体系
特点：体系内无质量和能量积累 a．进出系统的物质质量流量相等。 b．体系内任一点的热力学状态不随时间
变化
25
5.1.3能量平衡方程的应用
4
5 化工过程的能量分析
5.1能量平衡方程---热力学第一定律 5.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 5.3熵平衡和熵产生 5.4理想功和损失功 5.5火用及其计算 5.6火用衡算及火用效率 5.7火用分析法及其应用
5
5.1能量平衡方程---热力学第一定律 5.1.1 热力学第一定律的实质 5.1.2 能量平衡方程 5.1.3 能量平衡方程的应用
注意： ⑴E—单位质量流体的总能量，它包含有内能、 动能和位能，E=U+EP+EK 其中：单位质量流体势能 EP =gZ （位能） 单位质量量 流E 体 U E 具 KE =p1 /有 2E uK2U 的 （ 动g能能 z）1 2u2 17
5.1.2 能量平衡方程
⑵PV—流动功 Wf，表示单位质量流体对 环境或环境对流体所作的功
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5.1.1热力学第一定律的实质
自然界的物质是千变万化的，但就其 数量来说是不变的，能量也是守恒的， 热力学第一定律明确表明了自然界中 能量的多种形式之间是可以相互转换 的，但只能是等量相互转换，这就说 明能量既不能被消灭，也不能凭空产 生，必须遵循守恒规律
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5.1.1热力学第一定律的实质
用数学式来表示就是 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）
2）稳定流动体系
即 d（mE）体系 =0
δm1=δm2=δm
则：
( H g 1 2 Z u 2 ) 1m ( H g 1 2 Z u 2 ) 2m Q W S 0
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5.1.3能量平衡方程的应用
稳定流动体系的能量衡算式（积分式）
H1 2u2gZQW S
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5.1.3能量平衡方程的应用
功＝力*距离＝P*A*V/A=PV
P1V1—输入流动功，环境对体系做功 P2V2—输出流动功，体系对环境做功
18
5.1.2 能量平衡方程
(3)能量平衡方程的一般形式
E1δm1+P1V1δm1+δQ +δWs -E2δm2-P2V2δm2=d(mE)
整理可得
d(m)E 体系 QWS(pVUgZ1 2u2)1m1 ( pV U gZ1 2u2)2m2
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5.1.1热力学第一定律的实质
为了便于下面能量平衡方程的讨论， 我们简单回顾一下有关体系的概念
封闭体系（限定质量体系） 与环境仅有能量交换，而无质量交 换，体系内部是固定的
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5.1.1热力学第一定律的实质
敞开体系 与环境既有能量交换也有物质交换。
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
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5.1.2 能量平衡方程
又 H=U+PV 则上式可写为
d(mE )体系 QWS (HgZ12u2)1m1 (H gZ 12u2)2m2
普遍化的能量平衡方程
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5.1能量平衡方程---热力学第一定律
5.1.2 能量平衡方程 在以上推导过程中没有任何条件限制，
所以能量平衡方程式（5-9）不受流体属 性的限制，也不受其过程的限制。在实 际过程中，能量平衡方程可以进行适当 简化，下面我们就具体讨论能量平衡方 程的应用。
应用此式时要注意以下几点： ⑴单位要一致，且用国际单位制，若用工 程单位制，所得公式与此式不同； ⑵式中Q和WS为代数值，即：Q以体系吸 热为正，WS以体系得功(环境对体系做功） 为正； ⑶应用条件是稳定流动体系，不受过程是 否可逆或流体性质的影响。
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5.1.2 能量平衡方程
离开体系的能量： 微元体带出的能量 E2δm2 +流体对环境所作的流动功 (PVδm) 2 +体系对环境所作的轴功 δW 体系积累的能量= d (mE )
16
5.1.2 能量平衡方程
能量衡算式为
E1δm1+P1V1δm1+δQ +δWs -EBaidu Nhomakorabeaδm2-P2V2δm2=d(mE)
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5.1能量平衡方程---热力学第一定律 5.1.1 热力学第一定律的实质 5.1.2 能量平衡方程 5.1.3 能量平衡方程的应用
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5.1.3能量平衡方程的应用
1）封闭体系：限定质量体系，无质量交换
m1=m2=m δm1=δm2=dm=0
δQ+δWs=mdE
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5.1.3能量平衡方程的应用
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5.1.2 能量平衡方程
物料平衡方程
δm1 -δm 2 = dm体系
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5.1.2 能量平衡方程
14
5.1.2 能量平衡方程
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 +环境对微元体所作的流动功 +环境传入的热量 δQ
E1δm1 (PVδm )1
第五章
化工过程的能量分析
Applications of thermodynamics to flow processes
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5 化工过程的能量分析
本章目的：学习能量分析的原理和方法 本章要求：
1、正确理解并熟练应用流动过程热力学第一 定律的数学表达式
2、正确理解并熟练掌握热力学第二定律的数 学表达式，了解热功转换的方向和限度；
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5.1.1热力学第一定律的实质
稳流过程 敞开体系中发生的过程为流动过程，如
果流动过程进行时，体系内任一点的状态都 不随时间而变（但各点状态可以不同)，则 此过程称为稳定流动过程，简称稳流过程。 化工生产中大都为稳定流动体系
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5.1能量平衡方程---热力学第一定律 5.1.1 热力学第一定律的实质 5.1.2 能量平衡方程 5.1.3 能量平衡方程的应用
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5 化工过程的能量分析
本章要求： 3、掌握熵变的计算，并运用熵增原理判断实
际过程进行的方向和限度； 4、正确理解并熟练掌握理想功和损失功的定
义及其应用； 5、正确理解并熟练应用火用、火用的衡算及其
应用。
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5 化工过程的能量分析
化工过程需要消耗大量能量， 提高能量利用率、合理地使用能量已成 为人们共同关心的问题。从最原始的意 义上来说，热力学是研究能量的科学， 用热力学的观点、方法来指导能量的合 理使用已成为现代热力学一大任务。
无动、位能变化
mdE=mdU
封闭体系 Wf ＝0,不存在流动功
则δW＝δWs
故 mdU=δQ+δW
对单位质量的流体 U＝Q+W
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5.1.3能量平衡方程的应用
2）稳定流动体系
特点：体系内无质量和能量积累 a．进出系统的物质质量流量相等。 b．体系内任一点的热力学状态不随时间
变化
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5.1.3能量平衡方程的应用
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5 化工过程的能量分析
5.1能量平衡方程---热力学第一定律 5.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 5.3熵平衡和熵产生 5.4理想功和损失功 5.5火用及其计算 5.6火用衡算及火用效率 5.7火用分析法及其应用
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5.1能量平衡方程---热力学第一定律 5.1.1 热力学第一定律的实质 5.1.2 能量平衡方程 5.1.3 能量平衡方程的应用
注意： ⑴E—单位质量流体的总能量，它包含有内能、 动能和位能，E=U+EP+EK 其中：单位质量流体势能 EP =gZ （位能） 单位质量量 流E 体 U E 具 KE =p1 /有 2E uK2U 的 （ 动g能能 z）1 2u2 17
5.1.2 能量平衡方程
⑵PV—流动功 Wf，表示单位质量流体对 环境或环境对流体所作的功
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5.1.1热力学第一定律的实质
自然界的物质是千变万化的，但就其 数量来说是不变的，能量也是守恒的， 热力学第一定律明确表明了自然界中 能量的多种形式之间是可以相互转换 的，但只能是等量相互转换，这就说 明能量既不能被消灭，也不能凭空产 生，必须遵循守恒规律
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5.1.1热力学第一定律的实质
用数学式来表示就是 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）
2）稳定流动体系
即 d（mE）体系 =0
δm1=δm2=δm
则：
( H g 1 2 Z u 2 ) 1m ( H g 1 2 Z u 2 ) 2m Q W S 0
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5.1.3能量平衡方程的应用
稳定流动体系的能量衡算式（积分式）
H1 2u2gZQW S
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5.1.3能量平衡方程的应用
功＝力*距离＝P*A*V/A=PV
P1V1—输入流动功，环境对体系做功 P2V2—输出流动功，体系对环境做功
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5.1.2 能量平衡方程
(3)能量平衡方程的一般形式
E1δm1+P1V1δm1+δQ +δWs -E2δm2-P2V2δm2=d(mE)
整理可得
d(m)E 体系 QWS(pVUgZ1 2u2)1m1 ( pV U gZ1 2u2)2m2
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5.1.1热力学第一定律的实质
为了便于下面能量平衡方程的讨论， 我们简单回顾一下有关体系的概念
封闭体系（限定质量体系） 与环境仅有能量交换，而无质量交 换，体系内部是固定的
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5.1.1热力学第一定律的实质
敞开体系 与环境既有能量交换也有物质交换。
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
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5.1.2 能量平衡方程
又 H=U+PV 则上式可写为
d(mE )体系 QWS (HgZ12u2)1m1 (H gZ 12u2)2m2
普遍化的能量平衡方程
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5.1能量平衡方程---热力学第一定律
5.1.2 能量平衡方程 在以上推导过程中没有任何条件限制，
所以能量平衡方程式（5-9）不受流体属 性的限制，也不受其过程的限制。在实 际过程中，能量平衡方程可以进行适当 简化，下面我们就具体讨论能量平衡方 程的应用。
应用此式时要注意以下几点： ⑴单位要一致，且用国际单位制，若用工 程单位制，所得公式与此式不同； ⑵式中Q和WS为代数值，即：Q以体系吸 热为正，WS以体系得功(环境对体系做功） 为正； ⑶应用条件是稳定流动体系，不受过程是 否可逆或流体性质的影响。
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5.1.2 能量平衡方程
离开体系的能量： 微元体带出的能量 E2δm2 +流体对环境所作的流动功 (PVδm) 2 +体系对环境所作的轴功 δW 体系积累的能量= d (mE )
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5.1.2 能量平衡方程
能量衡算式为
E1δm1+P1V1δm1+δQ +δWs -EBaidu Nhomakorabeaδm2-P2V2δm2=d(mE)
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5.1能量平衡方程---热力学第一定律 5.1.1 热力学第一定律的实质 5.1.2 能量平衡方程 5.1.3 能量平衡方程的应用
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5.1.3能量平衡方程的应用
1）封闭体系：限定质量体系，无质量交换
m1=m2=m δm1=δm2=dm=0
δQ+δWs=mdE
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5.1.3能量平衡方程的应用
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5.1.2 能量平衡方程
物料平衡方程
δm1 -δm 2 = dm体系
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5.1.2 能量平衡方程
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5.1.2 能量平衡方程
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 +环境对微元体所作的流动功 +环境传入的热量 δQ
E1δm1 (PVδm )1
第五章
化工过程的能量分析
Applications of thermodynamics to flow processes
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5 化工过程的能量分析
本章目的：学习能量分析的原理和方法 本章要求：
1、正确理解并熟练应用流动过程热力学第一 定律的数学表达式
2、正确理解并熟练掌握热力学第二定律的数 学表达式，了解热功转换的方向和限度；