第四章热力学第一定律.pptVIP

第1页，共25页，星期日，2025年，2月5日能量平衡式4.1闭系非流动过程的能量平衡体系能量的变化=体系与环境交换的净能量。即：封闭体系非流动过程的热力学第一定律：4.2开系通用的能量平衡方程第2页，共25页，星期日，2025年，2月5日1.开系稳流过程的能量平衡4.3稳流过程的能量平衡1)外部环境对流体提供的能量(对于1kg流体):①外功(ws)—净功或有效功，J/kg；②热量(q)—获得的热量，J/kg；规定：外界提供给流体功，ws为正；流体传递给外界功，ws为负。稳流过程状态是稳定的流动是稳定的第3页，共25页，星期日，2025年，2月5日4.3稳流过程的能量平衡①内能U:J/kg；②位能:③动能:2)流体在流动过程中本身所具有的能量(对于1kg流体):mkg：位能=mgZ，J④静压能(压强能)1kg：位能=gZ，J/kgmkg-Vm3：,J1kg-m3：静压能,J/kgmkg：动能=mu2/2，J1kg：动能=u2/2，J/kg第4页，共25页，星期日，2025年，2月5日4.3稳流过程的能量平衡总能量衡算式衡算范围：1-1?至2-2?截面衡算基准：1kg不可压缩流体基准水平面：0-0?平面依据:输入总能量=输出总能量流动系统第5页，共25页，星期日，2025年，2月5日4.3稳流过程的能量平衡P97，例4-11kg流体稳流能量衡算式mkgmkg流体稳流能量衡算式第6页，共25页，星期日，2025年，2月5日4.3稳流过程的能量平衡(1)机械能平衡方程式（柏努利方程）：流体不可压缩→ρ=常数=1/v，v△p=△p/ρ无热、无轴功交换→q=0，ws=0理想流体，无粘性→摩擦损耗hf=0，△U=0条件△h=△U+v△p2.稳流过程能量平衡的简化形式第7页，共25页，星期日，2025年，2月5日4.3稳流过程的能量平衡(2)绝热稳定流动方程式条件：可压缩，与外界无热、无轴功交换。根据此式可计算流体终温、质量流速、出口截面积等，因此它是喷管和扩压管的设计依据。另外，∴为等熵过程节流：△H≈0，等焓过程孔板、阀门、多孔塞P↓，?u≈0第8页，共25页，星期日，2025年，2月5日4.3稳流过程的能量平衡b.无热交换（绝热）或(3)与外界有大量热、轴功交换的稳流过程(动能≈0，势能≈0)或a.有大量热、无轴功交换，Ws=0换热器、反应器泵、压缩机、透平P99，例4-2，3体系状态变化，如发生化学反应，相变化，温度变化，与环境交换的热量（反应热，相变热，显热）等于体系的焓差第9页，共25页，星期日，2025年，2月5日4.3稳流过程的能量平衡3.轴功(1)可逆轴功Ws(R)的计算：①对于静止的或流动的封闭体系单位质量流体：无任何摩擦损失的轴功液体ws(R)=v△p②绝热可逆过程(等熵)：第10页，共25页，星期日，2025年，2月5日4.3稳流过程的能量平衡3.轴功(2)实际轴功Ws的计算：产功设备（透平）：耗功设备：ηm：机械效率其大小与机器制作水平有关P105，例4-4，5可逆轴功为最大功可逆轴功为最小功第11页，共25页，星期日，2025年，2月5日4.热量衡算4.3稳流过程的能量平衡热量衡算：无轴功交换，只有热交换过程的能量衡算稳流过程的热量衡算的基本关系式：四种热效应：①显热――物流的温度变化△H=Q②潜热――物流的相变化③混合热效应――多股物流混④反应热效应――化学反应产生热量衡算方法：(四选择)选择控制体选择物流量选择基准状态（温度）选择初始态第12页，共25页，星期日，2025年，2月5日4.3稳流过程的能量平衡A物流B物流TA1TA2TB1TB2QBQAQL换热器热量平衡示意图物流A：温度TA1→TA2，放热QA，流量mA，平均等压热容CpmhA物流B：温度TB1→TB2，吸热QB，流量mB，平均等压热容CpmhB换热器：热损失QL对于换热器，△H=Q△H=△HA+△HB，Q=QL△HA=mACpmhA(TA2-TA1)△HB=mBCpmhB(TB2-TB1)换热器的热量平衡式：QL=