化工過(guò)程能量分析

化工過(guò)程能量分析第一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五5.1能量平衡方程

一．

熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)能量在數(shù)量上是守恒的.基本形式為：Δ（體系的能量）＋Δ（環(huán)境的能量）＝0或Δ（體系的能量）＝－Δ（環(huán)境的能量）體系的能量的增加等于環(huán)境的能量的減少。

第二頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五在實(shí)際生產(chǎn)中大都遇到兩種體系，即敞開(kāi)體系和封閉體系。1.封閉體系：（限定質(zhì)量體系）與環(huán)境僅有能量交換，沒(méi)有質(zhì)量交換。體系內(nèi)部是固定的。封閉體系是以固定的物質(zhì)為研究對(duì)象。2.敞開(kāi)體系：（限定容積體系）與環(huán)境有能量交換，也有質(zhì)量交換。第三頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五二.能量平衡方程

1.一般形式

Ws(軸功)（熱）Qδm2

δm1

P1V1C1U1P2V2C2U2Z1Z2第四頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五（1）物料平衡方程：m1-m2=m體系（2）能量平衡方程進(jìn)入體系的能量－離開(kāi)體系的能量=體系積累的能量進(jìn)入體系的能量:

微元體本身具有的能量E1δm1

環(huán)境對(duì)微元體所作的流動(dòng)功P1V1δm1

環(huán)境傳入的熱量δQ

環(huán)境對(duì)體系所作的軸功δWs

第五頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五離開(kāi)體系的能量:微元體帶出能量E2δm2

流體對(duì)環(huán)境所作的流動(dòng)功P2V2δm2

體系積累的能量＝d（mE）

能量恒等式為：

E1δm1+P1V1δm1+δQ+δWs-E2δm2-P2V2δm2=d(mE)(A)第六頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五1)E－單位質(zhì)量流體的總能量，它包含有熱力學(xué)能、動(dòng)能和位能。注意：2)PV—流動(dòng)功，單位質(zhì)量流體對(duì)環(huán)境或環(huán)境對(duì)流體所作功功＝力*距離＝P*A*V/A=PVP1V1—輸入流動(dòng)功，環(huán)境對(duì)體系作功P2V2—輸出流動(dòng)功，體系對(duì)環(huán)境作功。

第七頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

3)Ws—單位流體通過(guò)機(jī)器時(shí)所作的軸功可逆軸功對(duì)于可逆總功d(PV)=PdV+VdP積分式第八頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.

能量平衡方程一般形式代入（A）式，整理，得到將H=U+PV(5-9)E1δm1+P1V1δm1+δQ+δWs-E2δm2-P2V2δm2=d(mE)A第九頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五三.能量平衡方程的應(yīng)用

1.封閉體系：無(wú)質(zhì)量交換，限定質(zhì)量體系

m1=m2=mδm1=δm2=dm=0

δQ+δWs=mdE

不存在流動(dòng)功若δWs=δWδQ+δWs=mdU

或δQ+δW=mdU

(5-11)

積分：Q+W=ΔU

第十頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.穩(wěn)定流動(dòng)體系

穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程，表現(xiàn)在流動(dòng)過(guò)程中體系內(nèi)(1)每點(diǎn)狀態(tài)不隨時(shí)間變化(2)沒(méi)有質(zhì)量和能量的積累由式(5-9)可得到穩(wěn)流體系的一般能量平衡方程

第十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五(1)一般能量平衡方程

對(duì)穩(wěn)流體系,由式(5-9)得：

=0δm1=δm2=dm

(H2-H1)δm+(C22-C12)δm+g(Z2-Z1)δm-δWs-δQ=0

積分：（5－13）第十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五3）式（5－13）應(yīng)用條件是穩(wěn)流體系，不受過(guò)程是否可逆以及流體性質(zhì)的影響。注意：1)單位要一致，且用SI單位制.H,Q,Ws—能量單位，J/KgC—m/s

流量G—Kg/h（min.s）2）Q和Ws為代數(shù)值，即：Q以體系吸收為正，Ws

以環(huán)境對(duì)體系作功為正。第十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）能量平衡方程的應(yīng)用1）對(duì)化工機(jī)器：如膨脹機(jī)，壓縮機(jī)等。流體的動(dòng)能，位能變化量與體系焓值的變化量相比較，或者與流體與環(huán)境交換的熱和功相比較，大都可以忽略。也即（5－16）第十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五2）對(duì)化工設(shè)備類(lèi)：如反應(yīng)器，熱交換器，傳質(zhì)閥門(mén)，管道等

且Ws=0（5—17）物理意義：體系狀態(tài)變化，如發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，相變化，溫度變化時(shí)，與環(huán)境交換的熱量（反應(yīng)熱，相變熱，顯熱）等于體系的焓差。

體系狀態(tài)變化化學(xué)反應(yīng)

相變化

溫度變化

反應(yīng)熱相變熱

顯熱

Q

第十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五3)對(duì)化工機(jī)器的絕熱過(guò)程

與環(huán)境進(jìn)行功的交換時(shí)Q=0

在絕熱情況下，當(dāng)動(dòng)能和位能的變化相對(duì)很小時(shí)，體系與環(huán)境交換的功量等于體系焓的減少。第十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五4)對(duì)噴嘴Ws=0，gΔZ≈0水平放gΔZ=0垂直放gΔZ≈0

流體通過(guò)噴嘴速度很快來(lái)不及換熱，可視為絕熱過(guò)程，Q=0

第十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.應(yīng)用舉例［P108例5-1～5-2］自看第十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五5.2功熱間的轉(zhuǎn)化（熱力學(xué)第二定律）

物化知：St≥0

>不可逆=可逆一、基本概念

才可進(jìn)行的過(guò)程

自發(fā)過(guò)程：不消耗功非自發(fā)過(guò)程：消耗功

0℃

30℃

冰

冬天氣溫-30℃自發(fā),具有產(chǎn)功能力

如夏天氣溫30℃-30℃

非自發(fā)水水冰第十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五可逆過(guò)程：沒(méi)有摩擦，推動(dòng)力無(wú)限小,過(guò)程進(jìn)行無(wú)限慢;體系內(nèi)部均勻一致，處于熱力學(xué)平衡;對(duì)產(chǎn)功的可逆過(guò)程，其產(chǎn)功最大，對(duì)耗功的可逆過(guò)程，其耗功最小;逆向進(jìn)行時(shí)，體系恢復(fù)始態(tài)，環(huán)境不留下任何痕跡。（也即沒(méi)有功熱得失及狀態(tài)變化）

不可逆過(guò)程：有摩擦，過(guò)程進(jìn)行有一定速度;體系內(nèi)部不均勻（有擾動(dòng)，渦流等現(xiàn)象）;逆向進(jìn)行時(shí)，體系恢復(fù)始態(tài)，環(huán)境留下痕跡;如果與相同始終態(tài)的可逆過(guò)程相比較，產(chǎn)功小于可逆過(guò)程，耗功大于可逆過(guò)程。

第二十頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五自發(fā)、非自發(fā)和可逆、非可逆之間的區(qū)別？自發(fā)與非自發(fā)過(guò)程決定物系的始、終態(tài)與環(huán)境狀態(tài)；可逆與非可逆過(guò)程是（考慮）過(guò)程完成的方式，與狀態(tài)沒(méi)有關(guān)系。

第二十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五可逆過(guò)程是一個(gè)理想過(guò)程，實(shí)際過(guò)程都是不可逆的。

可逆過(guò)程具有過(guò)程進(jìn)行的任一瞬間體系都處于熱力學(xué)平衡態(tài)的特征，因次，體系的狀態(tài)可以用狀態(tài)參數(shù)來(lái)描述。第二十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五二.熱功轉(zhuǎn)換與熱量傳遞的方向和限度

1.熱量傳遞的方向和限度高溫低溫自發(fā)

非自發(fā)

限度：Δt=02.熱功轉(zhuǎn)化的方向

功熱

100%非自發(fā)

100%自發(fā)

熱功轉(zhuǎn)化的限度要由卡諾循環(huán)的熱機(jī)效率來(lái)解決第二十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.熱與功轉(zhuǎn)化的限度——卡諾循環(huán)

卡諾循環(huán)：熱機(jī);高溫?zé)嵩矗ê鉚H）;低溫?zé)嵩矗ê鉚L）.

圖形工質(zhì)從高溫?zé)嵩碩H吸收熱量，部分轉(zhuǎn)化為功，其余排至低溫?zé)嵩碩L。

THTLQH

QL

WC

第二十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五卡諾循環(huán)由四個(gè)過(guò)程組成。

可逆等溫膨脹可逆絕熱膨脹可逆等溫壓縮可逆絕熱壓縮TSPV11234234QHQHQLWcWcQL第二十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五工質(zhì)吸熱溫度大于工質(zhì)排熱溫度，產(chǎn)功過(guò)程正卡諾循環(huán)的結(jié)果是熱部分地轉(zhuǎn)化為功，用熱效率來(lái)評(píng)價(jià)循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性

熱效率:熱效率的物理意義：工質(zhì)從高溫?zé)嵩次盏臒崃哭D(zhuǎn)化為凈功的比率。

正卡諾循環(huán)：第二十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五∵ΔH為狀態(tài)函數(shù)，工質(zhì)通過(guò)一個(gè)循環(huán)據(jù)熱一律:∴ΔH=0Q=QH+QL

∴又∵由卡諾循環(huán)知(5-25)

第二十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五注意以下幾點(diǎn)：

若使或TL=0實(shí)際當(dāng)中是不可能

(1)η=f(TH?,TC),若使η↗，則TH↗,TL↘

工程上采用高溫高壓，提高吸熱溫度TH，但又受到材質(zhì)影響.

若TH=TL，η=0,W=0

這就說(shuō)明了單一熱源不能轉(zhuǎn)換為功，必須有兩個(gè)熱源?？ㄖZ循環(huán)，η可逆最大，相同TH,TL無(wú)論經(jīng)過(guò)何種過(guò)程，η可逆是相同的，實(shí)際熱機(jī)只能接近，不能達(dá)到

第二十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五5.3熵函數(shù)

5.3.1熵與熵增原理

通過(guò)研究熱機(jī)效率推導(dǎo)出熵函數(shù)的定義式

對(duì)于可逆熱機(jī)有

也即熵定義

第二十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五２.熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式

>

對(duì)不可逆過(guò)程：對(duì)可逆過(guò)程：熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

>不可逆=可逆第三十頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五注意：熵狀態(tài)函數(shù)。只要初、終態(tài)相同，對(duì)于不可逆過(guò)程應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)可逆過(guò)程，利用可逆過(guò)程的熱溫熵積分進(jìn)行熵變計(jì)算．第三十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五３.熵增原理

對(duì)于孤立體系（或絕熱體系）這個(gè)式子說(shuō)明了由熵增原理表達(dá)式。<0不可能進(jìn)行的過(guò)程

>0不可逆過(guò)程=0可逆過(guò)程第三十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五結(jié)論：

自然界的一切自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程都是熵增大的過(guò)程；同時(shí)滿(mǎn)足熱一律，熱二律的過(guò)程，實(shí)際當(dāng)中才能實(shí)現(xiàn)，違背其中任一定律，其過(guò)程就不可能實(shí)現(xiàn)?？傡刈?yōu)樽园l(fā)進(jìn)行的限度自發(fā)進(jìn)行的方向第三十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五4熵變的計(jì)算

1)可逆過(guò)程的熱溫熵計(jì)算

據(jù)熱一律可逆過(guò)程同除T得：又∵

對(duì)理想氣體:dH=nCpdT

∴

第三十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五２)相變化熵變

∴相變化的熵變相變化皆屬于可逆過(guò)程，并且相變化的熱量，據(jù)能量平衡方程知：３)環(huán)境熵變

熱力學(xué)環(huán)境：一般指周?chē)笞匀唬梢暈楹銣責(zé)嵩矗┑谌屙?yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五４應(yīng)用舉例

[P111－P112

(例5－3，5－4)]自看

第三十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五5.3.2熵平衡和熵產(chǎn)生

１敞開(kāi)體系熵平衡方程

將容量性質(zhì)衡算通式用于熵，得:=-+第三十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

T—

限制表面上熱流通過(guò)處的溫度,T’

代表始態(tài)溫度,T’’

代表終態(tài)溫度物料熱量

S—

單位質(zhì)量物料的熵；

熵?cái)y帶者功與熵變化無(wú)關(guān)，功不攜帶熵。物料攜帶的熵=mS熱流攜帶的熵=式中:m—

物料的質(zhì)量；第三十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五是代數(shù)值，以體系收入者為正，體系支出者為負(fù)于是:熵平衡方程為:將此整理,得:(5-33)熵平衡方程注意：物料熵?zé)犰亓鞯谌彭?yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.熵產(chǎn)生

(5-33)中：—體系的總熵變；—因物流流進(jìn)，流出限定容積而引起的熵變化；—因熱流流進(jìn),流出限定容積而引起的熵變化；—因體系的內(nèi)在原因引起的熵變化，與環(huán)境無(wú)關(guān)，屬于內(nèi)因熵變。引起熵產(chǎn)生的內(nèi)在原因?qū)嶋H上是由于體系內(nèi)部不可逆性而引起的熵變化。這可以用孤立體系的熵平衡方程來(lái)證實(shí)。第四十頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五對(duì)孤立體系：因與環(huán)境沒(méi)有質(zhì)量交換，也沒(méi)有能量交換

代入熵平衡方程中==由熱二律知:可逆過(guò)程

不可逆過(guò)程

第四十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五結(jié)論：熵產(chǎn)生可以用作判斷過(guò)程方向的準(zhǔn)則<0時(shí)，體系內(nèi)部的過(guò)程不自發(fā)。>0時(shí)，體系內(nèi)部的過(guò)程不可逆或自發(fā)；=0時(shí)，體系內(nèi)部的過(guò)程可逆或平衡；第四十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.熵平衡方程的特殊形式

絕熱過(guò)程

可逆過(guò)程=+穩(wěn)流過(guò)程=0++封閉體系=+第四十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.應(yīng)用舉例(例5-5)自看

解題要點(diǎn)：符合質(zhì)量守恒定律能量守恒定律（熱一律）熵增原理（熱二律）

第四十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五5.4理想功、損失功及熱力學(xué)效率

損失功法：以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)，與理想功進(jìn)行比較，用熱效率評(píng)價(jià)。有效能分析法：將熱力學(xué)第一定律，熱力學(xué)第二定律結(jié)合起來(lái)，對(duì)化工過(guò)程每一股物料進(jìn)行分析，用有效能效率評(píng)價(jià)。化工過(guò)程熱力學(xué)分析的方法：第四十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五一.

理想功1.定義：體系以可逆方式完成一定的狀態(tài)變化，理論上可對(duì)外做的最大功(對(duì)產(chǎn)功過(guò)程)，或者理論上必須獲得外部的最小功(消耗過(guò)程)，稱(chēng)為理想功。Wmax(Wmin)狀態(tài)1狀態(tài)2完全可逆要注意:完全可逆狀態(tài)變化可逆；傳熱可逆(物系與環(huán)境)第四十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五２.理想功的計(jì)算式

（１）非流動(dòng)體系若過(guò)程可逆由熱一律：ΔU=Q+WW=ΔU-Q(5-38)過(guò)逆功第四十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五非流動(dòng)過(guò)程理想功結(jié)論：理想功決定于體系的始、終態(tài)和環(huán)境狀態(tài)，與過(guò)程無(wú)關(guān)；體系發(fā)生狀態(tài)變化的每一個(gè)實(shí)際過(guò)程都有其對(duì)應(yīng)的理想功。第四十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過(guò)程熱一律表達(dá)式為：忽略動(dòng)，勢(shì)能變化

若可逆(5-41)穩(wěn)流過(guò)程理想功第四十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五注意點(diǎn)：

式（5-41）忽略了進(jìn)出口的動(dòng)能，勢(shì)能的變化。完整的表達(dá)式為：體系經(jīng)歷一個(gè)穩(wěn)流過(guò)程，狀態(tài)發(fā)生變化，即可計(jì)算其理想功，理想功的值決定于體系的始、終態(tài)與環(huán)境溫度，而與實(shí)際變化途徑無(wú)關(guān)。要區(qū)別可逆軸功與理想功這兩個(gè)概念．對(duì)絕熱過(guò)程對(duì)不做軸功的過(guò)程第五十頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五二損失功WL

１.定義：體系完成相同狀態(tài)變化時(shí)，實(shí)際功和理想功的差值．?dāng)?shù)學(xué)式：

對(duì)穩(wěn)流體系(5-43)(5-44a)第五十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五結(jié)論：

（1）（2）（3）可逆過(guò)程有關(guān)與有關(guān)與實(shí)際過(guò)程對(duì)產(chǎn)功過(guò)程：對(duì)耗功過(guò)程：

WL=T0△St第五十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五三應(yīng)用舉例（P117-P118

例5-7）自看第五十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五同樣重量的24K金子和18K金子相比較，哪個(gè)更有價(jià)值?同樣數(shù)量的熱和功，哪個(gè)利用價(jià)值更高一些？1000kg的飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽哪個(gè)作功能力更大？本節(jié)通過(guò)引入能級(jí)和有效能的概念來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題。能量不僅在數(shù)量上具有守恒性，在質(zhì)量上還具有品位性，而且在轉(zhuǎn)換與傳遞工程中具有貶值性。例如對(duì)1kJ的熱和1kJ的功，從熱力學(xué)第一定律看，它們的數(shù)量是相等的，但從熱力學(xué)第二定律考察，它們的質(zhì)量即作功能力是不相當(dāng)?shù)模Φ馁|(zhì)量（品位）高于熱。

第五十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五5.5

有效能及其計(jì)算一、

有效能的概念1.

能量的分類(lèi)按能量轉(zhuǎn)化為有用功的多少，可以把能量分為三類(lèi)：⑴高質(zhì)能量：理論上能完全轉(zhuǎn)化為有用功的能量。如電能、機(jī)械能。⑵僵態(tài)能量：理論上不能轉(zhuǎn)化為功的能量（如海水、地殼、環(huán)境狀態(tài)下的能量）。⑶低質(zhì)能量：能部分轉(zhuǎn)化為有用功的能量。如熱量和以熱量形式傳遞的能量。

第五十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.

有效能⑴定義：一定形式的能量，可逆變化到給定環(huán)境狀態(tài)相平衡時(shí)，理論上所能作出的最大有用功。無(wú)效能：理論上不能轉(zhuǎn)化為有用功的能量。⑵能量的表達(dá)形式對(duì)高質(zhì)能量能量＝有效能對(duì)僵態(tài)能量僵態(tài)能量＝無(wú)效能對(duì)低質(zhì)能量低質(zhì)能量＝有效能＋無(wú)效能第五十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

注意點(diǎn)①有效能——“火用”、“可用能”、“有用能”、“資用能”。無(wú)效能——“火無(wú)”、“無(wú)用能”。②功——可看作100％的有效能。第五十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、有效能的計(jì)算

1.

環(huán)境和環(huán)境狀態(tài)⑴環(huán)境：指恒T、P、x下，龐大靜止體系。如大氣、海洋、地殼等。⑵環(huán)境狀態(tài)：熱力學(xué)物系與環(huán)境完全處于平衡時(shí)的狀態(tài)。常用Ｔ0、Ｐ0、Ｈ0、Ｓ0等表示。2.

物系的有效能⑴物理有效能：物系由于Ｔ、Ｐ與環(huán)境不同所具有的有效能。⑵化學(xué)有效能：物系在環(huán)境的Ｔ0、Ｐ0下，由于組成與環(huán)境不同所具有的有效能。第五十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.穩(wěn)流物系的有效能⑴定義：穩(wěn)流物系從狀態(tài)1變到狀態(tài)2時(shí)過(guò)程的理想功：

Wid=T0(S1-S2)-(H1-H2)=ΔH-T0ΔS（5-41）有效能:穩(wěn)流物系從任一狀態(tài)（Ｔ、Ｐ、Ｈ、Ｓ）以可逆方式變化到環(huán)境狀態(tài)（TO、P0、H0、S0）時(shí)，理想功的負(fù)值。

EX＝T0(S0-Si)-(H0-Hi)（5-47）

第五十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.理想功與有效能的區(qū)別與聯(lián)系理想功：Wid=ΔH-T0ΔS=(H2-H1)-T0(S2-S1)有效能：EX=T0(S0-S)-(H0-H)(1)有效能與理想功的區(qū)別:⑴終態(tài)不一定相同Wid:終態(tài)不定

EX:終態(tài)一定（基態(tài)即環(huán)境狀態(tài)）⑵研究對(duì)象不同Wid：對(duì)兩個(gè)狀態(tài)而言，與環(huán)境無(wú)關(guān)，可正可負(fù)。EX：對(duì)某一狀態(tài)而言，與環(huán)境有關(guān)，只為正值。

第六十頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五(2)聯(lián)系(B1)EX1＝T0(S0-S1)-(H0-H1)(B2)EX2＝T0(S0-S2)-(H0-H2)有效能變化ΔEX＝EX2-EX2=ΔH-T0ΔS=Wid（5-53）若ΔEX<0，Wid<0物系對(duì)外做功，EX=Wid

ΔEX>0，Wid>0物系接受功，EX=-Wid

第六十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.功、電能和機(jī)械能的有效能EX=W（5-48）第六十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.熱量的有效能EXQ∵卡諾循環(huán)熱效率⑴定義：傳遞的熱量，在給定的環(huán)境條件下，以可逆方式所能做出的最大有用功。⑵計(jì)算式①恒溫?zé)嵩礋崃康挠行埽?－49）無(wú)效能∴EXQ=WC

第六十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五②變溫?zé)嵩吹挠行芑蛴肏、S值計(jì)算：EXQ=T0ΔS-ΔH

(5—50)第六十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五5.壓力有效能

EX=ToΔS-ΔH（5-47）由第三章知（5—52）對(duì)理想氣體第六十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五四、過(guò)程的不可逆性和有效能損失1.不可逆性熱力學(xué)第二定律認(rèn)為自然界中一切過(guò)程都是具有方向性和不可逆性的。ΔSt（ΔS產(chǎn)生）≥0>不可逆過(guò)程

=可逆過(guò)程有效能的方向和不可逆性表現(xiàn)在：①當(dāng)過(guò)程是可逆時(shí)，有效能不會(huì)向無(wú)效能轉(zhuǎn)化，有效能的總量保持不變。②當(dāng)過(guò)程是不可逆時(shí)，有效能向無(wú)效能轉(zhuǎn)變，使有效能的總量減少。第六十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.有效能損失(El)

2.有效能損失(EL)⑴定義：不可逆過(guò)程中有效能的減少量。⑵計(jì)算式：El＝理想功－實(shí)際功對(duì)于穩(wěn)流體系：若忽略動(dòng)能、勢(shì)能的影響實(shí)際功Ws=Q-ΔH

理想功Wid＝T0ΔS-ΔH∴El＝T0ΔS-ΔH-Q+ΔH＝T0ΔS-Q∴El=T0ΔSsys+T0ΔSsur=T0ΔSt

或El=T0ΔS產(chǎn)生（5-54）又∵ΔSsur=-Q/T0-Q=T0ΔSsur第六十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五⑶典型過(guò)程有效能損失

①傳熱過(guò)程高溫物系放出的熱量的有效能為：

EXQ,H＝Q（1－T0/TH）低溫物系吸收的熱量的有效能為：

EXQ,L＝Q（1-T0/TL）有效能損失El=EXQ,H-EXQ,L=

結(jié)論：ⅰ)傳熱過(guò)程有效能損失是存在的；ⅱ)TH-TL差值增大，El增大。(5-58)第六十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五∴ＴdSt=-VdPdSt=(-V/T)dP由前知El=ToΔSt

∴dEl=T0dSt=T0(-V/T)dp（5-57）結(jié)論：ｉ)El∝ΔP壓力降；ⅱ)穩(wěn)流過(guò)程的有效能損失是由于阻力引起的。②穩(wěn)流體系對(duì)穩(wěn)流體系，若忽略掉動(dòng)能和勢(shì)能ΔH＝Q+Ws

對(duì)管道流動(dòng)，一般情況下，Q＝0（無(wú)熱交換）

Ws＝0（無(wú)軸功）dH=0∴ΔH＝0∵dH=TdS+VdP第六十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五③傳質(zhì)過(guò)程若Tα=Tβ=T式中：μiαμiβ——組分ｉ在α、β相中的化學(xué)位把兩相看作一個(gè)孤立體系，則d(ns)孤=d(ns)t∴有效能損失：El=T0d(ns)t=-T0（5-60）第七十頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五④注意點(diǎn)：

有效能損失在任何不可逆過(guò)程都是存在的；有效能損失的大小與過(guò)程的推動(dòng)力有關(guān)，El∝推動(dòng)力。即推動(dòng)力大，El大。

第七十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.應(yīng)用舉例［P123—124例5—10～5—11］例5—10自看第七十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五5.6有效能衡算及有效能效率有效能的守恒與否應(yīng)與過(guò)程的可逆性有關(guān)，過(guò)程是可逆的，沒(méi)有有效能的損失，有效能是守恒的。不可逆過(guò)程總是使有效能減少而無(wú)效能增加，在建立有效能衡算式時(shí)，應(yīng)附加一項(xiàng)有效能損失作為有效能的輸出項(xiàng)。敞開(kāi)體系穩(wěn)流系統(tǒng)有效能平衡方程式：輸入的有效能＝輸出的有效能＋有效能損失第七十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.

有效能衡算式由熱力學(xué)第一律,熱力學(xué)第二律推出穩(wěn)流體系狀態(tài)1 狀態(tài)2

H1,S1H2,S2

Q孤立體系一.

有效能平衡第七十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五由熱力學(xué)第二定律：分兩種情況考慮

由熱力學(xué)第一定律(忽略了動(dòng)能,勢(shì)能)(A)(1)可逆過(guò)程

有效能損失∵(B)∴第七十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五(A)-(B),得:進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，得：輸入體系有效能=輸出體系有效能∴（A）（B）（5-64）第七十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五(2)不可逆過(guò)程由于有效能損失總是存在的，并且有效能損失總是大于零，El>0?！噍斎塍w系有效能=輸出體系有效能+有效能損失（5-65）第七十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五2結(jié)論：①

能量衡算是以熱一律為基礎(chǔ)，有效能衡算是以熱一、二定律為基礎(chǔ)；②

能量守恒，但有效能不一定守恒。可逆過(guò)程有效能守恒，不可逆過(guò)程有效能總是減少的；③

能量衡算反映了能量的利用情況，而有效能衡算可反映能量的質(zhì)量、數(shù)量的利用情況；④

El的計(jì)算方法：第七十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五二.有效能效率

總有效能效率：對(duì)于一個(gè)設(shè)備或過(guò)程，收益的有效能與提供給它的有效能的比值。∴∵總有效能效率反映了有效能的利用率，是衡量過(guò)程熱力學(xué)完善性的量度，其實(shí)質(zhì)是反映了真實(shí)過(guò)程和理想過(guò)程的差距。

第七十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

2.目的有效能效率對(duì)一切過(guò)程（不論過(guò)程本身產(chǎn)功，還是耗功）3.結(jié)論：目的有效能效率在任何情況下均小于1，大于零若El=0，則說(shuō)明過(guò)程為完全可逆過(guò)程若El>0，則說(shuō)明過(guò)程為不可逆過(guò)程

偏離1的程度↗，El↗,過(guò)程的不可逆程度就愈大。該過(guò)程才能進(jìn)行。只有>第八十頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五5.7化工過(guò)程與系統(tǒng)的有效能分析（1）根據(jù)需要確定被研究的物系；（2）確定輸入及輸出各物流，能流的工藝狀況及熱力學(xué)函數(shù)；（3）計(jì)算各物流，能流的有效能；（4）對(duì)體系進(jìn)行有效能衡算，求出有效能損失和有效能效率。第八十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2