化工熱力學課件之——化工過程能量分析

1、本章目的本章目的 運用熱力學第一、第二定律以及理想功、損失功運用熱力學第一、第二定律以及理想功、損失功、Ex等概念對化工過程中的能量轉(zhuǎn)換、傳遞、使用情等概念對化工過程中的能量轉(zhuǎn)換、傳遞、使用情況進行熱力學分析，評價能量利用的有效性、合理性況進行熱力學分析，評價能量利用的有效性、合理性，揭示能量損失的薄弱環(huán)節(jié)與原因，為工藝和能量使，揭示能量損失的薄弱環(huán)節(jié)與原因，為工藝和能量使用的改進指明方向。用的改進指明方向。本章內(nèi)容本章內(nèi)容 6.0 熱力學基本概念復(fù)習熱力學基本概念復(fù)習 6.1 熱力學第一定律及其應(yīng)用熱力學第一定律及其應(yīng)用 6.2熱力學第二定律及其應(yīng)用熱力學第二定律及其應(yīng)用 6.3 理想功和損

2、失功熱力學效率理想功和損失功熱力學效率 6.4 Ex及其計算及其計算 6.5 化工過程能量分析及其合理用能化工過程能量分析及其合理用能本章基本要求本章基本要求1、掌握能量平衡方程的形式及應(yīng)用；、掌握能量平衡方程的形式及應(yīng)用；2、掌握熵平衡方程的形式及應(yīng)用；、掌握熵平衡方程的形式及應(yīng)用；3、正確熟練地掌握理想功、損失功和熱力學效率的概念及計算；、正確熟練地掌握理想功、損失功和熱力學效率的概念及計算；4、正確熟練地掌握、正確熟練地掌握Ex、Ex衡算、衡算、Ex效率、效率、Ex分析；分析；5、了解系統(tǒng)、了解系統(tǒng)Ex分析的基本方法。分析的基本方法。本章重點和難點本章重點和難點重點：重點： 穩(wěn)流過程的能

3、量平衡方程；穩(wěn)流過程的能量平衡方程； 穩(wěn)流過程的熵平衡方程；穩(wěn)流過程的熵平衡方程； 穩(wěn)流過程理想功、損失功計算；穩(wěn)流過程理想功、損失功計算； 穩(wěn)流過程穩(wěn)流過程Ex的計算、的計算、Ex效率；效率； 水蒸氣和典型化工過程的水蒸氣和典型化工過程的Ex分析。分析。難點：難點：u熵平衡方程；理想功；熵平衡方程；理想功；Ex6.0 熱力學熱力學基本概念復(fù)習基本概念復(fù)習1、體系與環(huán)境、體系與環(huán)境2、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)3、過程、過程4、熱和功、熱和功體系環(huán)境1、體系與環(huán)境、體系與環(huán)境體系（System） 在科學研究時必須先確定研究對象，把一部分物質(zhì)與其余分開，這種分離可以是實際的，也可以是想象的。

4、這種被劃定的研究對象稱為體系，亦稱為物系或系統(tǒng)。環(huán)境（surroundings） 與體系密切相關(guān)、有相互作用或影響所能及的部分稱為環(huán)境。體系分類體系分類 根據(jù)體系與環(huán)境之間的關(guān)系，把體系分為三類：（1）敞開體系（open system） 體系與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換，又有能量交換。體系分類體系分類 根據(jù)體系與環(huán)境之間的關(guān)系，把體系分為三類：（3）孤立體系（isolated system） 體系與環(huán)境之間既無物質(zhì)交換，又無能量交換，故又稱為隔離體系。有時把封閉體系和體系影響所及的環(huán)境一起作為孤立體系來考慮。6.0 熱力學熱力學基本概念復(fù)習基本概念復(fù)習2、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù) 狀態(tài)狀態(tài)：某

5、一瞬間體系呈現(xiàn)的宏觀狀況。：某一瞬間體系呈現(xiàn)的宏觀狀況。 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)：在沒有外界影響的條件下，如果體系的宏觀：在沒有外界影響的條件下，如果體系的宏觀狀態(tài)不隨時間而改變，則稱體系處于熱力學平衡狀態(tài)。狀態(tài)不隨時間而改變，則稱體系處于熱力學平衡狀態(tài)。熱平衡，力平衡，相平衡，化學平衡，即溫度差，壓熱平衡，力平衡，相平衡，化學平衡，即溫度差，壓力差，化學位差均為零。力差，化學位差均為零。 狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)：由于體系的各種宏觀性質(zhì)，是所處狀態(tài)的單：由于體系的各種宏觀性質(zhì)，是所處狀態(tài)的單值函數(shù)，所以熱力學把各種宏觀性質(zhì)稱為狀態(tài)函數(shù)。值函數(shù)，所以熱力學把各種宏觀性質(zhì)稱為狀態(tài)函數(shù)。常用的狀態(tài)函數(shù)常用的狀態(tài)

6、函數(shù)有有p，V，T，U，H，S，A，G6.0 熱力學熱力學基本概念復(fù)習基本概念復(fù)習“狀態(tài)一定值一定，殊途同歸值變等，周而復(fù)始變化零?！毖h(huán)過程：循環(huán)過程： 狀態(tài)狀態(tài)1 狀態(tài)狀態(tài)2 狀態(tài)狀態(tài)3 H=0,U=0,V=0,S體系體系=0 (當然當然 S總總0)6.0 熱力學熱力學基本概念復(fù)習基本概念復(fù)習3、過程、過程指體系自指體系自一平衡狀態(tài)一平衡狀態(tài)到到另一平衡狀態(tài)另一平衡狀態(tài)的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換對某一過程的描寫：對某一過程的描寫：初態(tài)初態(tài)+終態(tài)終態(tài)+路徑路徑. 不可逆過程：不可逆過程：一個單向過程發(fā)生之后一定留下一一個單向過程發(fā)生之后一定留下一些痕跡，無論用何種方法也不能將此痕跡完全消些痕跡，無論用何種

7、方法也不能將此痕跡完全消除，在熱力學上稱為不可逆過程除，在熱力學上稱為不可逆過程凡是不需要外加功而自然發(fā)生的過程皆是不可逆過凡是不需要外加功而自然發(fā)生的過程皆是不可逆過程（自發(fā)過程）。程（自發(fā)過程）。如：爆炸、節(jié)流、氣體向真空自由膨脹等如：爆炸、節(jié)流、氣體向真空自由膨脹等 可逆過程：可逆過程：當體系完成某一過程后，如果令過程當體系完成某一過程后，如果令過程逆逆行行而能使過程中所涉及的一切而能使過程中所涉及的一切(體系及環(huán)境體系及環(huán)境)都都回復(fù)回復(fù)到原始狀態(tài)到原始狀態(tài)而而不留下任何變化不留下任何變化，則此過程稱為可逆，則此過程稱為可逆過程過程1）可逆過程可逆過程一旦發(fā)生，不僅一旦發(fā)生，不僅體系體

8、系能能恢復(fù)到原來狀態(tài)恢復(fù)到原來狀態(tài)，而且而，而且而環(huán)境環(huán)境也能也能恢復(fù)到原來狀態(tài)而不留下任何痕跡恢復(fù)到原來狀態(tài)而不留下任何痕跡。（。（循環(huán)過程循環(huán)過程是否是可逆過程？是否是可逆過程？）6.0 熱力學熱力學基本概念復(fù)習基本概念復(fù)習P,V,T無限小的沙子。帶活塞的氣缸拿走一粒無限小的沙子，dP減少無限小，推動力無限小，可以忽略不計。2）若是）若是可逆過程，可逆過程，位的梯度即位的梯度即推動力需為無限小推動力需為無限小；若存；若存在推動力則是實際過程，而非可逆過程。在推動力則是實際過程，而非可逆過程。3）可逆過程可逆過程是實際過程中只能趨近而永遠不能實現(xiàn)的是實際過程中只能趨近而永遠不能實現(xiàn)的理理想過

9、程想過程，其本質(zhì)是狀態(tài)變化的，其本質(zhì)是狀態(tài)變化的推動力與阻力無限接近推動力與阻力無限接近 ，體系始終無限接近平衡狀態(tài)。，體系始終無限接近平衡狀態(tài)。4）但它是熱力學中極為重要的概念，是作為實際過程中）但它是熱力學中極為重要的概念，是作為實際過程中能量轉(zhuǎn)換效果能量轉(zhuǎn)換效果比較的標準比較的標準。若說某體系效率為若說某體系效率為80%，是指是指與可逆過程比與可逆過程比。但爆炸、節(jié)流、氣體向真空自由膨脹等不能用但爆炸、節(jié)流、氣體向真空自由膨脹等不能用“可逆可逆過程過程+效率效率”模式來計算。模式來計算。TQdS 5）可逆過程是效率最高的過程。體系對外做最大功。體系對外吸收最小功。6）很多熱力學關(guān)系式是在

10、可逆過程的前提下推導出來的。如：6.0 熱力學熱力學基本概念復(fù)習基本概念復(fù)習 4、熱和功、熱和功1）熱和功不是）熱和功不是狀態(tài)函數(shù)，與途徑有關(guān)狀態(tài)函數(shù)，與途徑有關(guān)。2）熱和功只是能量的傳遞形式，而不是貯存形式。）熱和功只是能量的傳遞形式，而不是貯存形式。當能量以熱和功的形式傳入體系后，當能量以熱和功的形式傳入體系后，增加的是內(nèi)能增加的是內(nèi)能。 U+ 熱力學第一定律熱力學第一定律3） 按照按照國際規(guī)定國際規(guī)定: 體系吸熱為正，體系吸熱為正，0，體系放熱為負，體系放熱為負,0 ，體系對環(huán)境作功體系對環(huán)境作功,0。6.0 熱力學熱力學基本概念復(fù)習基本概念復(fù)習特別提醒：特別提醒： 過去的教材中習慣用過

11、去的教材中習慣用 U = Q - W表示，兩種表達式完全等效，表示，兩種表達式完全等效，只是只是W的取號不同。用該式表示的的取號不同。用該式表示的W的取號為：的取號為：環(huán)境對體系作環(huán)境對體系作功，功， W0 。4) 熱熱的推動力是的推動力是溫差溫差 功功的推動力是除溫差以外的的推動力是除溫差以外的勢的梯度勢的梯度5) 熱量熱量的傳遞是的傳遞是無序無序的，熱量是規(guī)格的，熱量是規(guī)格低低的能量的能量 功功的傳遞是的傳遞是有序有序的，的， 功是規(guī)格功是規(guī)格高高的能量的能量化工過程能量分析實例化工過程能量分析實例 乙苯脫氫制苯乙烯乙苯脫氫制苯乙烯C2H5CH3C2H3560620oC乙苯苯乙烯+H2CH

12、4+C2H4C2H48C+化工過程能量分析實例化工過程能量分析實例 反應(yīng)器：燒重油加熱反應(yīng)物至560620oC，產(chǎn)生高溫煙道氣 第三過熱器：利用高溫煙道氣加熱高溫反應(yīng)物 第二過熱器：利用高溫產(chǎn)物加熱中溫反應(yīng)物 蒸發(fā)器：利用中溫煙道氣加熱低溫反應(yīng)物 廢熱鍋爐：利用中溫產(chǎn)物產(chǎn)生水蒸汽 一個反應(yīng)需要一個車間來完成（三層樓） 目的是能源的最大化利用（不僅是總能量的平衡，而是品位高的能量做功，品位低的能量加熱。180C 60C 45C 40C 60C 420C 40C 350C 900C 化工過程能量分析實例化工過程能量分析實例 硫鐵礦生產(chǎn)硫酸工藝簡介示意圖硫鐵礦生產(chǎn)硫酸工藝簡介示意圖焙燒轉(zhuǎn)化98.3%

13、硫酸98.3%或93%成品酸尾氣FeS2渣空氣凈化干燥吸收93%硫酸30%硫酸反應(yīng)熱的利用 對反應(yīng)熱的利用程度，是衡量硫酸工業(yè)技術(shù)水平的重要標志。三個主要反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，在298K時的標準反應(yīng)熱為：molKJHQSOHOHSOmolKJHSOOSOmolKJHOFeSOOFeSooo/31.130)3(/35.985 . 0)2(/08.331028114) 1 (2983422329832229832222)(t/KJ.QSOHOHSO)()(t/KJ.QSOO.SO)()(t/KJ.QOFeSOOFeS)(,SOH%tC)G(CC低低溫溫余余熱熱中中溫溫余余熱熱高高溫溫余余熱熱則則有有為

14、為計計算算基基準準若若以以6142160130236235904202261322900224210331310001502102242811411001000 如回收高溫余熱的45-65%，生產(chǎn)中壓過熱蒸汽0.685-0.990t / (t100%硫酸.h)，所產(chǎn)生的蒸汽量用于驅(qū)動發(fā)電機組，實際可發(fā)電150-170KW.h。若生產(chǎn)每噸硫酸的電耗按100KW.h計，則高溫余熱發(fā)電量可自給有余。焙燒工段的廢熱鍋爐回收高溫余熱時，通常可產(chǎn)出中壓過熱蒸汽（3.9MPa、450C)0.8-1.5t / (t100%硫酸.h)。高溫余熱利用2021-12-27178C 兩次轉(zhuǎn)化流程60C 4424204

15、80 SO2氣440 480 524 584420C 換熱器IIIIII電爐第一吸收塔來干燥塔來去第一吸收塔去第二吸收塔60C 205C 中溫余熱利用低溫余熱利用吸收工段低溫余熱的溫度約為70度(吸收塔出口酸溫）,通過水冷器回收可得熱水。但國內(nèi)大多數(shù)廠家不利用。4050180C 98.3%酸槽 93酸槽水冷器水冷器水串酸4050尾氣轉(zhuǎn)化SO2爐氣轉(zhuǎn)化產(chǎn)品干燥塔吸收塔40C 60C 吸收工段流程基本概念基本概念 能量不僅有能量不僅有數(shù)量數(shù)量，而且有，而且有質(zhì)量質(zhì)量（品位）（品位）。 功的功的品位品位高于熱高于熱 。 高級能量高級能量： 能夠能夠完全轉(zhuǎn)化完全轉(zhuǎn)化為為功功的能量，如機械能、電能、水力

16、的能量，如機械能、電能、水力能和風能等；能和風能等； 低級能量低級能量： 不能完全轉(zhuǎn)化不能完全轉(zhuǎn)化為為功功的能量，如熱能、焓等。的能量，如熱能、焓等。 高溫高溫熱源產(chǎn)生的熱的熱源產(chǎn)生的熱的品位品位比比低溫低溫熱源產(chǎn)生的熱熱源產(chǎn)生的熱的的品位品位高高?；み^程的熱力學分析化工過程的熱力學分析1、能量衡算、能量衡算。2、分析能量品位的變化。、分析能量品位的變化?；み^程總是伴隨著能量品位的降低?；み^程總是伴隨著能量品位的降低。一個一個效率較高效率較高的過程應(yīng)該是能量的過程應(yīng)該是能量品位降低較少品位降低較少的過程的過程。找出品位降低最多的薄弱環(huán)節(jié)，指出改造的方找出品位降低最多的薄弱環(huán)節(jié)，指出改造的

17、方向。向?；崃W的任務(wù)化工熱力學的任務(wù)6.1熱力學第一定律及其應(yīng)用熱力學第一定律及其應(yīng)用6.1.1 熱力學第一定律熱力學第一定律6.1.2 穩(wěn)定流動體系的熱力學原理穩(wěn)定流動體系的熱力學原理6.1.3 穩(wěn)流體系能量平衡方程及其應(yīng)用穩(wěn)流體系能量平衡方程及其應(yīng)用6.1.1 熱力學第一定律熱力學第一定律U+只適合封閉體系!熱力學第一定律的數(shù)學表達式：能量的形式能量的形式 化工生產(chǎn)中所涉及到的能量，主要有兩大類：化工生產(chǎn)中所涉及到的能量，主要有兩大類：物質(zhì)物質(zhì)的能量的能量、能量傳遞的兩種形式能量傳遞的兩種形式。1、物質(zhì)的能量、物質(zhì)的能量E (以以1kg為基準為基準)v動能：動能：Ek= u2/2v內(nèi)

18、能：內(nèi)能：U=f(T,p, x)v位能：位能： Ep= gZ2、能量傳遞的兩種形式、能量傳遞的兩種形式(以以1kg為基準為基準) 在各種熱力學過程中，體系與環(huán)境之間常發(fā)生能量在各種熱力學過程中，體系與環(huán)境之間常發(fā)生能量的傳遞，能量傳遞的形式有兩種，即的傳遞，能量傳遞的形式有兩種，即熱熱和和功功。2021-12-27v熱熱:系統(tǒng)與環(huán)境之間由于溫差而引起的相互交換的能系統(tǒng)與環(huán)境之間由于溫差而引起的相互交換的能量，用量，用Q表示。表示。 規(guī)定規(guī)定：系統(tǒng)獲得的熱量，其值為正；：系統(tǒng)獲得的熱量，其值為正；反之為負。反之為負。v功W：1. 對流動系統(tǒng)：包括兩部分(1) 流體通過機械設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸與環(huán)境所交換

19、的能量，稱為軸功Ws。(2)物料在連續(xù)流動過程中，由于流體內(nèi)部相互推動所交換的功，稱為流動功Wf =pV。管道截面積A m2 1kg流體 Vm3/kg p 流動功F.S =（p.A).(V/A) = pV J/kg注意：*熱和功只是在能量傳遞中出現(xiàn)，并非系統(tǒng)本身具有的能量，故不能說“某物質(zhì)具有多少熱或功”。當能量以熱和功的形式傳入體系后，增加的是內(nèi)能。如：在換熱設(shè)備中，冷熱流體進行熱交換，結(jié)果是熱流體內(nèi)能降低。冷流體內(nèi)能增加。 *熱和功是過程函數(shù)，非狀態(tài)函數(shù)。2. 對非流動系統(tǒng)，特定設(shè)備（如帶活塞的氣缸）中，因流體體積改變而與環(huán)境交換的能量，稱為體積功W。規(guī)定：系統(tǒng)得功，其值為正；反之為負。

20、以以1kg為基準為基準! Q為體系吸收的熱量為體系吸收的熱量 W為體系與環(huán)境交換的為體系與環(huán)境交換的功。功。 截面截面1的能量的能量E1E1 = U1 + gZ1+ u12/2 截面截面2的能量的能量E2E2 = U2 + gZ2+ u22/26.1.2 穩(wěn)定流動體系的熱力學原理穩(wěn)定流動體系的熱力學原理p1,V1,Z1,u1p2,V2,Z2,u2根據(jù)能量守恒原理：根據(jù)能量守恒原理：進入體系能量進入體系能量=離開體系能量離開體系能量+體系內(nèi)積累的能量體系內(nèi)積累的能量 穩(wěn)定流動體系穩(wěn)定流動體系無能量的積累無能量的積累 E1 +Q = E2 -W （1） 體系與環(huán)境交換的功體系與環(huán)境交換的功W包括與

21、環(huán)境交換的包括與環(huán)境交換的軸功軸功Ws 和和流流動功動功Wf，即即W = Ws + Wf 其中：其中：Wf= p1V1 -p2V2 所以所以 W = Ws+ p1V1 -p2V2 (2) E = U + gZ + u2/2 (3) 將將(2)、(3)代入（代入（1）可得）可得(4)式式 6.1.2 穩(wěn)定流動體系的熱力學原理穩(wěn)定流動體系的熱力學原理）（422sWQuZgH 穩(wěn)定流動體系的熱力學第一定理：穩(wěn)定流動體系的熱力學第一定理：焓變位能變化動能變化(4)式的計算單位建議用 J/kg；即以1kg為基準!6.1.3 穩(wěn)流體系能量平衡方程及其應(yīng)用穩(wěn)流體系能量平衡方程及其應(yīng)用一些常見的屬于穩(wěn)流體系的

22、裝置噴嘴擴壓管節(jié)流閥透平機壓縮機混合裝置換熱裝置噴嘴與擴壓管 噴嘴與擴壓管的結(jié)噴嘴與擴壓管的結(jié)構(gòu)特點是進出口截面積變構(gòu)特點是進出口截面積變化很大。流體通過時，使化很大。流體通過時，使壓力沿著流動方向降低，壓力沿著流動方向降低，而使流速加快的部件稱為而使流速加快的部件稱為噴嘴。反之，使流體流速噴嘴。反之，使流體流速減緩，壓力升高的部件稱減緩，壓力升高的部件稱為擴壓管。為擴壓管。噴嘴擴壓管噴嘴與擴壓管 sWQzguH22是否存在軸功?否否是否和環(huán)境交換熱量?通?？梢院雎酝ǔ？梢院雎晕荒苁欠褡兓?否否質(zhì)量流率質(zhì)量流率流體通過焓值的改變來換取動能的調(diào)整2222112uuHH222111VAuVAum透

23、平機和壓縮機 透平機是借助流體的透平機是借助流體的減壓和降溫過程來產(chǎn)出功減壓和降溫過程來產(chǎn)出功 壓縮機可以提高流體壓縮機可以提高流體的壓力，但是要消耗功的壓力，但是要消耗功 透平機和壓縮機 sWQzguH22是否存在軸功?是是!是否和環(huán)境交換熱量?通常可以忽略通?？梢院雎晕荒苁欠褡兓?不變化或者可以忽略不變化或者可以忽略動能是否變化？通?？梢院雎酝ǔ？梢院雎詓WQzguH22節(jié)流閥是否存在軸功?否否是否和環(huán)境交換熱量?通?？梢院雎酝ǔ？梢院雎晕荒苁欠褡兓?否否動能是否變化?通常可以忽略通?？梢院雎怨?jié)流閥 Throttling Valve理想氣體通過節(jié)流閥溫度不變理想氣體通過節(jié)流閥溫度不變混合設(shè)

24、備 混合兩種或多種流體混合兩種或多種流體是很常見。是很常見?；旌掀骰旌掀鱯WQzguH22混合設(shè)備是否存在軸功?否否是否和環(huán)境交換熱量?通?？梢院雎酝ǔ？梢院雎晕荒苁欠褡兓?否否動能是否變化?否否當不止一個輸入物流或（和）輸出物流時 Hi為單位質(zhì)量第i股輸出物流的焓值，xi為第i股輸出物流占整個輸出物流的質(zhì)量分數(shù)。 Hj為單位質(zhì)量第j股輸入物流的焓值，xj為第j股輸入物流占整個輸入物流的質(zhì)量分數(shù)。jjiiHxHxH入出mmxmmxjjii為一股物流的質(zhì)量流量。jimmmmmji入出m 為總質(zhì)量流量。混合設(shè)備 1 3 2 混合器混合器0jjiiHxHxH入出32211HHxHx121 xx換熱設(shè)

25、備 整個換熱設(shè)備與環(huán)境交換的熱量可以忽略不計，換熱設(shè)備內(nèi)部兩股物流存在熱量交換。換熱設(shè)備的能量平衡方程與混合設(shè)備的能量平衡方程相同，但物流之間不發(fā)生混合。0jjiiHxHxH入出4231HxHxHxHxBABABABBBAAAmmmxmmmx mA和mB分別為流體A和流體B的質(zhì)量流量管路和流體輸送穩(wěn)態(tài)流動模型通常是穩(wěn)態(tài)流動模型通常是一個不錯的近似一個不錯的近似通過泵得到軸功通過泵得到軸功位能變化位能變化泵水管路和流體輸送是否存在軸功?有時存在有時存在是否和環(huán)境交換熱量?通常是通常是位能是否變化?有時變化有時變化動能是否變化?通常不變化通常不變化sWQzguH22Bernoulli 方程sWQz

26、guH22PVUHPVU 實際流體的流動過程存在摩擦損耗，意味機實際流體的流動過程存在摩擦損耗，意味機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W能，有摩擦損耗械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W能，有摩擦損耗UF對于無熱、對于無熱、 無軸功交換、無軸功交換、/PU 不可壓縮流體的穩(wěn)流過程不可壓縮流體的穩(wěn)流過程022uzgPF對于非粘性流體或簡化的理想情況，可忽略摩對于非粘性流體或簡化的理想情況，可忽略摩擦損耗，則擦損耗，則022uzgP熱力學第一定律應(yīng)用注意事項熱力學第一定律應(yīng)用注意事項1、注意區(qū)別：、注意區(qū)別： U=Q + W 封閉體系封閉體系 H=Q +Ws 穩(wěn)定流動體系穩(wěn)定流動體系2、注意符號、注意符號： 體系體系吸熱為正吸熱為正（

27、+），體系），體系放熱為負放熱為負（-） ； 外界對體系做功為外界對體系做功為正正（+），體系），體系對外做功為負對外做功為負（-） 。例例 題題 例例1：功率為功率為2.0 kw的泵將的泵將90oC水水從貯水罐泵壓到換熱器從貯水罐泵壓到換熱器，水流量為，水流量為3.2kg/s，在換熱器中以，在換熱器中以697.3kJ/s的速率將水的速率將水冷卻后，水送入比第一貯水罐高冷卻后，水送入比第一貯水罐高20 m的第二貯水罐求的第二貯水罐求送入第二貯水罐的送入第二貯水罐的水溫水溫. 解：解：以以l kg的水為計算基準的水為計算基準。 思路：思路： 1）H2 = H+ H1 （H1為為90oC水的焓，查

28、水蒸汽表得）水的焓，查水蒸汽表得） 2）查水蒸汽表可得符合）查水蒸汽表可得符合H2 的飽和水的的飽和水的溫度溫度即得。即得。 須注意：須注意： 由于水放熱由于水放熱Q為負、為負、泵對水做功泵對水做功W為正。為正。22uZgWQHs 1) Q=-697.3 kJ/s =-697.3/3.2 kJ/kg2) Ws=2 kw=2 kJ/s =2/3.2 kJ/kg注意：計算單位為kJ/kg6.2 熱功轉(zhuǎn)換熱功轉(zhuǎn)換6.2.1 熱功轉(zhuǎn)換的不等價性6.2.2 熱力學第二定律6.2.3 熱機工作原理6.2.4 熱機效率6.2.5 卡諾循環(huán)6.2.6 可逆機的效率6.2.1 熱功轉(zhuǎn)換的不等價性熱功轉(zhuǎn)換的不等價

29、性熱功轉(zhuǎn)換的不等價性 功可以100%轉(zhuǎn)變?yōu)闊?熱不可能100%轉(zhuǎn)變?yōu)楣Α?熱、功的不等價性正是熱力學第二定律所表述的一個基本內(nèi)容。6.2.2 熱力學第二定律熱力學第二定律克勞修斯（Clausius）的說法：“不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其它變化?！遍_爾文（Kelvin）的說法：“不可能從單一熱源取出熱使之完全變?yōu)楣?，而不發(fā)生其它的變化。”不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其它變化6.2.3 熱機工作原理熱機工作原理熱機工作原理：工質(zhì)從高溫T1熱源吸收Q1的熱量，一部分通過熱機用來對外做功W，另一部分Q2 的熱量放給低溫T2 熱源。 U=Q + W 循環(huán)過程 U=0W=Q1

30、-Q2熱機示意圖6.2.4 熱機效率熱機效率 熱機效率熱機效率：將將熱機所作的功熱機所作的功W與所吸的熱與所吸的熱Q1之比稱為熱機效率之比稱為熱機效率, 用用表示。表示。 熱機效率大小與過程的可逆程度有關(guān)。熱機效率大小與過程的可逆程度有關(guān)?？ㄖZ定理：卡諾定理：所有工作于所有工作于同溫熱源和同溫冷源同溫熱源和同溫冷源之之間的熱機，其效率都不能超過可逆機，即間的熱機，其效率都不能超過可逆機，即可可逆機的效率最大逆機的效率最大。11121211 QQQQQQW 6.2.5 卡諾循環(huán)（卡諾循環(huán)（Carnot cycle）等溫可逆膨脹絕熱可逆膨脹等溫可逆壓縮絕熱可逆壓縮TS等溫可逆膨脹絕熱可逆膨脹等溫可

31、逆壓縮絕熱可逆壓縮 6.2.5 卡諾循環(huán)（卡諾循環(huán)（Carnot cycle）卡諾定理推論和意義卡諾定理推論和意義卡諾定理推論：所有工作于同溫熱源與同溫冷源之間的可逆機，其熱機效率都相等，即與熱機的工作物質(zhì)無關(guān)?？ㄖZ定理的意義：解決了熱機效率的極限值問題。6.2.6 可逆機的效率可逆機的效率121max1TTQW 可逆機的效率： Tl高溫熱源的溫度，高溫熱源的溫度，K。 最高限最高限為鍋爐的使用極限，約為鍋爐的使用極限，約450oC T2低溫熱源的溫度，低溫熱源的溫度，K。 最低限最低限為環(huán)境溫度。廣州夏天為環(huán)境溫度。廣州夏天30oC，北極，北極-50oC 廣州夏天廣州夏天max =58%；北

32、極；北極 max =79%。6.3 熵熵6.3.1 熵的定義及應(yīng)用6.3.2 熵增原理6.3.3 熵變的計算6.3.4 熵產(chǎn)生和熵平衡熱力學第二定律的本質(zhì)與熵的概念熱力學第二定律的本質(zhì)與熵的概念凡是自發(fā)的過程都是不可逆的，而一切不可逆過程都可以歸結(jié)為熱轉(zhuǎn)換為功的不可逆性。一切不可逆過程都是向混亂度增加的方向進行，而熵函數(shù)可以作為體系混亂度的一種量度。6.3.1 熵的定義及應(yīng)用熵的定義及應(yīng)用1、熵、熵S的定義的定義)1()(可可逆逆TQdS pVABC(可逆)D (可逆)F (不可逆)ADBACBTQTQdS可可逆逆可可逆逆)()( 任意可逆過程的熱溫商的值決定于始終狀態(tài)，而與可逆途徑無關(guān)，這個

33、熱溫商具有狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)。2、不可逆過程的、不可逆過程的熵變熵變 由于由于S是是狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)，體系不可逆過，體系不可逆過程的程的熵變熵變 ，與可逆過程的，與可逆過程的熵變熵變相等相等3、Clausius 不等式不等式可可逆逆可可逆逆不不可可逆逆)(TQdSdS PVABC(可逆)D (可逆)F (不可逆)2()(不不可可逆逆TQdS AFBTQTQ不不可可逆逆可可逆逆推推導導可可得得)()( 不不可可逆逆可可逆逆 6.3.1 熵的定義及應(yīng)用熵的定義及應(yīng)用總結(jié)總結(jié)(1)、(2)式得式得(3)式式）（3)(TQdS “” 號為不可逆過程；“=” 號為可逆過程Clausius 不等式4、對于孤立

34、體系：Q=00d 孤孤立立S熵增原理：一個孤立體系的熵永不減少。6.3.1 熵的定義及應(yīng)用熵的定義及應(yīng)用)1()(可可逆逆TQdS )2()(不不可可逆逆TQdS “” 號為自發(fā)過程，“=” 號為可逆過程 任何一個體系與它的環(huán)境捆綁在一起均可看作一個孤立體系!0 環(huán)環(huán)境境體體系系總總dSdSdS 注意：判斷孤立體系是否自發(fā)過程的依據(jù)是總熵變大于0，而不是體系的熵變大于0 。環(huán)境孤立體系體系6.3.1 熵的定義及應(yīng)用熵的定義及應(yīng)用6.3.1 熵的定義及應(yīng)用熵的定義及應(yīng)用0)( 可可逆逆環(huán)環(huán)境境環(huán)環(huán)境境TQdS 0)( 可可逆逆體體系系體體系系TQdS 5、對于絕熱體系（Q體系=0 ；Q環(huán)境=0

35、）1）絕熱可逆過程0 總總dS絕熱體系Q體系=0環(huán)境Q環(huán)境=0 例例1：某一鑄鋼（：某一鑄鋼（Cp=0.5kJ /kg K ），重量為），重量為40Kg，溫度為，溫度為4500C，用，用150Kg，250C的油（的油（Cp=2.5kJ /kgK ）冷卻。假使沒有熱損失）冷卻。假使沒有熱損失，則以下各項熵的變化為多少？，則以下各項熵的變化為多少？1）鑄鋼；）鑄鋼；2）油；）油；3）兩者一起考）兩者一起考慮。并判斷過程是否自發(fā)的。慮。并判斷過程是否自發(fā)的。解：鑄鋼散失的熱為解：鑄鋼散失的熱為Q1=150*0.5（T-450）；油獲取的熱為）；油獲取的熱為Q2=150*2.5（T-25）。）。Q1=

36、-Q2 解得解得T=46.520C KkJTTCnTTCnSpTTp/33.16lnd11221鑄鋼鑄鋼鑄鋼鑄鋼鑄鋼）K/kJ.TTCnSTTp13526d221 油油油油油油）同同理理： K/kJ.SSS80913263163 鑄鑄鋼鋼油油總總） 答：該過程是自發(fā)過程。6.3.1 熵的定義及應(yīng)用熵的定義及應(yīng)用6.3.2 熵增原理熵增原理 熵增原理指出熵增原理指出： 一切自發(fā)的過程只能向一切自發(fā)的過程只能向總熵值增加總熵值增加的方向舉行的方向舉行，它提供了判斷過程方向的準則。當總熵值達，它提供了判斷過程方向的準則。當總熵值達到最大，也即體系達到了平衡到最大，也即體系達到了平衡。 應(yīng)用熵增原理時

37、應(yīng)注意：應(yīng)用熵增原理時應(yīng)注意： 孤立體系孤立體系 總熵變總熵變6.3.3 熵變的計算熵變的計算& 僅有PVT變化的熵變& 有相變過程的熵變& 環(huán)境的熵變1、有、有pVT變化變化的熵變的熵變dPPSdTTSdSTp dVVSdTTSdSTV 或或dPTVdTTCdSpp dVTPdTTCdSVV 或或熵變的計算2、有相變過程的熵變等溫等壓可逆相變（若是不可逆相變，應(yīng)設(shè)計可逆過程）相變）相變）相變）(THS理想氣體有pVT變化的熵變(1) 理想氣體等溫變化)ln(12VVnRS )ln(21ppnR (2) 物質(zhì)的量一定的等容變溫過程 21dm,TTpTTnCS(3) 物質(zhì)

38、的量一定的等壓變溫過程 21dm,TTVTTnCS(4)物質(zhì)的量一定從 到 的過程。這種情況一步無法計算，要分兩步計算，有三種分步方法：111,p V T222,pVT理想氣體有pVT變化的熵變21,m12dln()TpTnCTpSnRpT2) 先等溫后等壓22,m,m11ln()ln()pVVpSnCnCVp3) 先等壓后等容1) 先等溫后等容21,m21dln()TVTnCTVSnRVT熵變的計算熵變的計算體體系系環(huán)環(huán)境境環(huán)環(huán)境境環(huán)環(huán)境境dSTQdS (1)體系可逆變化時環(huán)境的熵變(2)體系是不可逆變化時，但由于環(huán)境很大，可將體系與環(huán)境交換的熱量設(shè)計成另一個可逆過程交換的熱量。3、環(huán)境的熵

39、變環(huán)環(huán)境境體體系系環(huán)環(huán)境境TQdS 等溫變化的熵變例題等溫變化的熵變例題 環(huán)環(huán)境境環(huán)環(huán)境境TPdVS環(huán)環(huán)境境外外（TVVP)12 ）體體系系體體系系環(huán)環(huán)境境外外21(PRTPRTTP 2）不可逆過程molcalPPRS/6 . 4ln21 體體系系環(huán)環(huán)境境體體系系環(huán)環(huán)境境環(huán)環(huán)境境環(huán)環(huán)境境TQTQS molcalS/8 . 2 總總molcal /8 . 1 PdVWQU體體系系體體系系等等溫溫0U=Q + W等溫變化的熵變例題等溫變化的熵變例題 環(huán)環(huán)境境環(huán)環(huán)境境TPdVS0環(huán)環(huán)境境外外（TVVP)12 3) 真空膨脹molcalPPRS/6 . 4ln21 體體系系環(huán)環(huán)境境體體系系環(huán)環(huán)境境環(huán)環(huán)

40、境境環(huán)環(huán)境境TQTQS molcalS/6 . 4 總總4) 比較可可逆逆總總不不可可逆逆總總真真空空總總）（）（）（SSS 不可逆性越大，總熵變越大！相變過程的熵變例題相變過程的熵變例題），冰冰（），水水（凝凝，？atmCatmCoHSo110110263 11HS ），冰冰（atmCo10例3：求1mol過冷水在1atm，-10oC的凝固為冰的熵差。已知H2O在1atm、0oC的凝固熱為-6020J/mol，Cp冰=37.6J/mol.K；Cp水=75.3J/mol.K。解:33HS ），水水（atmCo10 ，可可逆逆相相變變，凝凝，2732HS相變過程的熵變例題相變過程的熵變例題K/J

41、.TTlnnCS,p82121 水水 K/J.TTlnnCS,p41213 冰冰 KJTHS/0 .2215.27360202732 凝凝凝凝，KJS/59.204 . 10 .2281. 2環(huán)環(huán)境境體體系系環(huán)環(huán)境境環(huán)環(huán)境境環(huán)環(huán)境境TQTQS KJH/44.2115.263564315.263263 凝凝，JHHHH564332731263 凝凝，凝凝，044.2159.20 環(huán)環(huán)境境體體系系總總SSS該過程是自發(fā)進行的！dTCHdTCHpp 10030101，冰冰，水水相變過程的熵變例題相變過程的熵變例題bmvapTH 140.620 kJ mol373.15 K11108.9 J Kmol

42、解:，汽汽，水水，）可可逆逆相相變變CatmCatmoo100110011例4：求1）水在1atm，100oC的相變熵變, 2)水汽在20oC的相變熵變。已知H2O在100oC的汽化熱為40.62kJ/molR）（體系）TQS=相變過程的熵變例題相變過程的熵變例題，水水，水水汽汽，）不不可可逆逆相相變變，CatmCatmoSo2012012 2) 水汽在20oC的相變熵變。已知H2O在100oC的汽化熱為40.62kJ/mol。解: 不可逆相變，可以設(shè)計可逆相變求S 值。，水水，水水汽汽，可可逆逆相相變變，CatmCatmoSo100110012 121TTlnnCS,p水水汽汽 213TTl

43、nnCS,p水水 熵及熵增原理小結(jié)熵及熵增原理小結(jié)過程過程S總總S體系體系S環(huán)境環(huán)境總則總則0，+0，+，-0，+，-可逆可逆0不可逆不可逆+絕熱可逆絕熱可逆000絕熱不可逆絕熱不可逆+0可逆循環(huán)可逆循環(huán)000不可逆循環(huán)不可逆循環(huán)+0+環(huán)環(huán)境境體體系系TQ 可可逆逆體體系系 )(TQ 可可逆逆體體系系 )(TQ 可可逆逆體體系系 )(TQ 6.3.4 熵產(chǎn)生和熵平衡熵產(chǎn)生和熵平衡 熵增熵增的過程即是的過程即是能量損耗能量損耗的過程。的過程。 熵平衡熵平衡就是用來檢驗過程熵的變化，它可就是用來檢驗過程熵的變化，它可以精確地衡量過程的以精確地衡量過程的能量有效利用。能量有效利用。熵產(chǎn)生熵產(chǎn)生不可能

44、可逆過程不可逆過程000gggSSS6.3.4 熵平衡熵平衡 例：有人有一發(fā)明如下，請判斷它的可行性例：有人有一發(fā)明如下，請判斷它的可行性水水CKg 0 ,1飽飽和和蒸蒸汽汽CKg 100,1裝置T=450K環(huán)境1T=273K環(huán)境20QKgKJQ/18601 kKgKJSKgKJH./354. 7/1 .267622 0011 SH高溫儲熱器冷卻水6.3.4 熵平衡熵平衡 解題思路：解題思路：是否同時符合熱力學第一、第二是否同時符合熱力學第一、第二定律（能量守恒、總熵變定律（能量守恒、總熵變 0 ）；）穩(wěn)穩(wěn)流流體體系系，解解：KgKJQHHQQHWS/1 .81618601 .26760011

45、210 ；）蒸蒸汽汽經(jīng)經(jīng)過過裝裝置置的的蒸蒸汽汽KgKJSSS/3549. 721 9894. 22731 .816 環(huán)環(huán)境境S0/2322. 0 KgKJSSSS環(huán)環(huán)境境環(huán)環(huán)境境蒸蒸汽汽總總答：不可行環(huán)環(huán)境境1333. 44501860 S6.4 理想功和損失功理想功和損失功1、理想功、理想功Wid： 指體系的狀態(tài)變化以完全可逆過程實現(xiàn)時，理論上可指體系的狀態(tài)變化以完全可逆過程實現(xiàn)時，理論上可能能產(chǎn)生的最大功產(chǎn)生的最大功或者必須或者必須消耗的最小功消耗的最小功。 完全可逆完全可逆是指：是指： (1)體系內(nèi)所有的變化過程必須是可逆的體系內(nèi)所有的變化過程必須是可逆的 (2)體系與溫度為體系與溫度

46、為T0的環(huán)境進行熱交換是可逆的。的環(huán)境進行熱交換是可逆的。 理想功是一個理論的極限值，是實際功的比較標理想功是一個理論的極限值，是實際功的比較標準。準。理想功理想功（1）非流動過程）非流動過程 U=Q + W 過程完全可逆，而且體系所處環(huán)境構(gòu)成了一過程完全可逆，而且體系所處環(huán)境構(gòu)成了一個溫度為個溫度為T0的恒溫熱源。的恒溫熱源。體體系系STQR 0STUWR 0可可逆逆功功VPSTUWid 00理理想想功功 理想功產(chǎn)生最大功；消耗最小功RidWW 無無法法利利用用，需需扣扣除除。體體系系與與大大氣氣交交換換的的功功，VP 0理想功理想功（2）穩(wěn)定流動過程）穩(wěn)定流動過程sWQuZgH 22能能量

47、量平平衡衡方方程程STQ 0220uZgSTHWid 理理想想功功STHWid 0理理想想功功0202 uZg；大大多多數(shù)數(shù)情情況況環(huán)境的溫度理想功理想功（3）說明）說明 理想功理想功Wid僅與體系狀態(tài)有關(guān)，與具體的僅與體系狀態(tài)有關(guān)，與具體的變化途徑無關(guān)。變化途徑無關(guān)。 理想功理想功Wid與與環(huán)境的溫度環(huán)境的溫度T0有關(guān)有關(guān)。5.4 理想功和損失功理想功和損失功P(MPa)T(0C)H(KJ/Kg)S(KJ/Kg.K)Wid(KJ/Kg)蒸汽蒸汽7.002852772.15.8133-1044.3蒸汽蒸汽1.0179.912778.16.5865-819.90.00816925(水水)104.

48、890.3674例：有一股壓力分別是7.0MPa和1.0MPa蒸汽用于作功，經(jīng)穩(wěn)流過程變成250C的水，求Wid(T0=298K)體體系系解解：STHWid 0結(jié)論：1）高壓蒸汽的作功本領(lǐng)比低壓蒸汽強。 2）高壓蒸汽的加熱能力比低壓蒸汽弱，因此用低壓蒸 汽來加熱最恰當。損失功損失功2、損失功、損失功WL ：由于實際過程的不可逆性，將導致作功能力的損失。由于實際過程的不可逆性，將導致作功能力的損失。損失功損失功體系在給定狀態(tài)變化過程中該過程體系在給定狀態(tài)變化過程中該過程實際實際Wac與所計算的與所計算的理想功理想功Wid的差值：的差值：idacLWWW 體體系系STHWid 0QHWac QST

49、WL 體體系系0環(huán)環(huán)境境體體系系STSTWL 000/TQS 環(huán)環(huán)境境總總STWL 0損失功損失功00 總總STWL損失功：與1）環(huán)境溫度T0; 2）總熵變有關(guān)過程的不可逆性越大，S總越大，WL就越大，因此應(yīng)盡可能降低過程的不可逆性。000 可可逆逆不不可可逆逆總總S熱力學效率熱力學效率 實際過程的能量利用情況可通過熱力學效實際過程的能量利用情況可通過熱力學效率率加以評定加以評定idacWW 產(chǎn)產(chǎn)生生功功 acidWW 消消耗耗功功 5.4 理想功和損失功理想功和損失功例：流動水由例：流動水由900C變?yōu)樽優(yōu)?00C，CP=1Cal/g.K，忽略壓，忽略壓差，求差，求WL(T0=298K) 。

50、KKgKCalTTCSP./1066. 5ln212體系解：KKgKCalCTQSP./1071. 615.29890702 ）（環(huán)環(huán)境境體體系系環(huán)環(huán)境境21.05 10/.Skcal kg K總03.12/LWTSkcal kg總 例：例： 一臺蒸汽透平機，進入的是壓力為一臺蒸汽透平機，進入的是壓力為1570KPa和溫度為和溫度為4840C的過熱蒸汽，排出的蒸汽壓力為的過熱蒸汽，排出的蒸汽壓力為68.7KPa。透平機中過程不是可。透平機中過程不是可逆也不是絕熱，實際輸出的功等于逆也不是絕熱，實際輸出的功等于可逆絕熱時軸功的可逆絕熱時軸功的85%。由于由于保溫不完善，在環(huán)境溫度保溫不完善，在環(huán)

51、境溫度200C時，損失于環(huán)境的熱量為時，損失于環(huán)境的熱量為7.12kJ/kg，試求該過程的理想功、損失功及熱力學效率。，試求該過程的理想功、損失功及熱力學效率。解：解：1）查表得蒸汽初態(tài)）查表得蒸汽初態(tài)H1=3428kJ/kg， S1=7.488kJ/kg.KS2=7.488kJ/kg.K2）68.7KPa下下H2=2659kJ/kg3）可逆絕熱功）可逆絕熱功WSWS= H -Q = H2 -H1 =-769kJ/kgWac=85%WS=-653.7kJ/kgTSP1= 1570KPa T1 = 4840CP2=68.7KPa2124）穩(wěn)流體系，忽略動能和位能差穩(wěn)流體系，忽略動能和位能差實際過

52、程實際過程Wac= H -QH2 =H1+ Q+ Wac=3428-7.12-653.7=2767kJ/kg5） 68.6KPa ，H2下的下的S2= 7.76kJ/kg.K（過熱蒸汽）（過熱蒸汽）S體系體系=（S2 - S1）=7.76-7.488=0.272kJ/kg.K6）理想功理想功 Wid= H -T0 S體系體系=（2767-3428）- 293.15*0.272 =-740.7kJ/kg.K7）損失功損失功WL=T0S總總S環(huán)境環(huán)境=Q/T0=7.12/293.15=0.02425kJ/kg.KWL=T0S總總=293.15（0.272+0.02425）=86.82kJ/kg或或

53、WL=Wac-Wid=-653.7-（-740.7）=87kJ/kg8）熱力學效率熱力學效率=Wac/ Wid =1- WL/ Wid =（1-86.82/740.6）*100%=88.28%基本概念基本概念 能量不僅有能量不僅有數(shù)量數(shù)量，而且有，而且有質(zhì)量質(zhì)量（品位）（品位）。 功的功的品位品位高于熱高于熱 。 1度電度電=1KWhr=3600KJ=860Kcal 但但860Kcal熱不能變成熱不能變成1度電。度電。 熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ男蕿闊徂D(zhuǎn)變?yōu)楣Φ男蕿?0%。 高壓蒸汽的做功能力高于低壓蒸汽。高壓蒸汽的做功能力高于低壓蒸汽。 高溫熱源產(chǎn)生的熱的品位比低溫熱源產(chǎn)生的熱高溫熱源產(chǎn)生的熱的品位比

54、低溫熱源產(chǎn)生的熱的品位高。的品位高。 大氣中的能量全部不能做功。大氣中的能量全部不能做功。5.5.2 的計算的計算HSTHHSSTSSTHHEx 0000000)(）（）（）（ 1、穩(wěn)定流動體系的Ex)()(),(),()()(00000120120SSTHHWETPTPSSTHHSTHWidxid時體系由穩(wěn)流系統(tǒng)注意：注意： （1 ）Ex與與理想功理想功的區(qū)別：理想功是任意兩個的區(qū)別：理想功是任意兩個狀態(tài)的變化，而狀態(tài)的變化，而E的末態(tài)是體系的的末態(tài)是體系的基準態(tài)基準態(tài)(P0，T0)， 該態(tài)的該態(tài)的Ex為為0 （ 2 ）Ex是是狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)STHWid 0理理想想功功）（）（12012S

55、STHH ）（）（HHSSTEx 000 穩(wěn)定流動體系的ExEx比較：Ex與理想功的區(qū)別與理想功的區(qū)別P,MPaT,0CH(KJ/Kg )S(KJ/Kg.K )Wid(KJ/Kg)Ex(KJ/Kg)蒸汽蒸汽7.002852772.15.8133-1044.31044.3蒸汽蒸汽1.0179.92778.16.5865-819.9819.90.1013MPa25(水水)H0=104.89S0=0.36740例：1)有一股壓力分別是7.0MPa和1.0MPa蒸汽用于作功，經(jīng)穩(wěn)流過程均變成0.1013MPa，250C的水，求Wid和Ex(T0=298K).STHWid 0 解解：理理想想功功）（）（

56、12012SSTHH ）（）（HHSSTEx 000Ex與理想功的區(qū)別與理想功的區(qū)別例：2) 7.0MPa蒸汽作功后變成1.0MPa蒸汽,求此過程的Wid和作功前后蒸汽具有的的有效能Ex(T0=298K）kg/kJ.SSTHHSTHWid4122481335586562981277212778120120 ）（）（）（）（解解：理理想想功功 P,MPaT,0CH(KJ/Kg )S(KJ/Kg.K )Wid(KJ/Kg)Ex(KJ/Kg)蒸汽蒸汽7.00285H1=2772.1S1=5.8133-224.411044.3蒸汽蒸汽1.0179.9H2=2778.1S2=6.5865819.90.1

57、013MPa25(水水)H0=104.89S0=0.36740）（）（HHSSTEx 0001、物理Ex： 濃度、組成不變，T，P T0，P0引起的 Ex 變化。2、化學Ex： T0，P0 T0，P0 ，但濃度、組成變化引起的Ex變化。3、功的Ex即是功4、動能、位能對Ex的貢獻可忽略擴散：濃度變化化學反應(yīng)：組成變化熱的Ex ExQ壓力Ex ExPEx 2）壓力）壓力EXP 000PPpPPpdPTVTVdPTVT 0PPpdPTVS）（）（HHSSTExp 000 0PPpdPTVTVH等等溫溫過過程程 PPpdPTVTTV00）（00ln/PPRTEPRTVxp ；對對于于理理想想氣氣體體

58、P,MPaT,KS(KJ/Kg.K )H(KJ/Kg )H0-H(KJ/Kg )EX(KJ/Kg)EX/( H-H0)水水0.10132980.3674104.8900飽和蒸汽飽和蒸汽1.0134536.5822772.1267181430.66過熱蒸汽過熱蒸汽1.0135737.133053294893431.68飽和蒸汽飽和蒸汽6.868557.25.82627752670104339.06飽和蒸汽飽和蒸汽8.6115735.78727832678109240.78）（）（解解：HHSSTEx 000分析：1）壓力相同（1.013MPa ），過熱蒸汽的Ex比飽和蒸汽大，所以其做功本領(lǐng)也大。

59、2）溫度相同（573K）高壓蒸汽的作功本領(lǐng)比低壓蒸汽強。3）溫度相同（573K）高壓蒸汽的加熱能力比低壓蒸汽弱，因此用低壓蒸汽作為工藝加熱最恰當，并可減少設(shè)備費用。 4）放出的熱相同（557.5K和453K的飽和蒸汽），高溫高壓蒸汽的Ex比低溫低壓蒸汽的高28.13%。結(jié)論：1）一般供熱用0.51.0MPa（1501800C）的飽和蒸汽。2）高壓蒸汽（10MPa）用來做功。溫度在3500C以上的高溫熱能（如煙道氣），用來產(chǎn)生高壓蒸汽，以獲得動力能源。WxxQxxEEEE 21Ex2Ex1QWRS LixixEEE的損失其中ExEL 可逆過程 ixixEE ixixEE進入過程或設(shè)備的Ex總和離開過程或設(shè)備的Ex總和不可逆過程：XE