第四章熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用

1、黃美英黃美英課時：課時：6要求：要求：1、掌握不同過程的能量平衡方程及其應(yīng)用；、掌握不同過程的能量平衡方程及其應(yīng)用； 2、了解氣體壓縮過程的有關(guān)計(jì)算。、了解氣體壓縮過程的有關(guān)計(jì)算。內(nèi)容：內(nèi)容： 4.1 閉系非流動過程的能量平衡閉系非流動過程的能量平衡 4.2 開系流動過程的能量平衡開系流動過程的能量平衡 4.3 穩(wěn)流過程的能量平衡穩(wěn)流過程的能量平衡 4.4 氣體壓縮過程氣體壓縮過程能量分類能量分類一、體系積蓄能量：動能、內(nèi)能、位能屬于狀態(tài)函數(shù)；二、體系邊界傳遞的能量：功和熱，過程函數(shù)；熱：體系和環(huán)境間因溫度的差別引起的能量傳遞傳熱。功：除溫度外，其它位勢差引起的能量傳遞做功。4.1 閉系非流動

2、過程的能量平衡Uqw閉系非流動過程的能量平衡式：:q吸熱為“+” ，放熱為“-”。:w對外做功為“+” ，得到功為“-”。4.2 開系流動過程的能量平衡 由能量守恒定律,對于敞開體系應(yīng)滿足下面關(guān)系：體系的能量變化=與外界環(huán)境交換的凈能量 由于物質(zhì)交換所攜帶的能量應(yīng)包括在凈能量內(nèi)，如果只考慮物質(zhì)的內(nèi)能、位能、和動能，則單位質(zhì)量流體所攜帶能量為：212eUgzu 4.2 開系流動過程的能量平衡開系的平衡情況： dMdt imjm控制體 控制體 物料平衡能量平衡非穩(wěn)流過程物料變化：ijijMmm dEdt iim ejjm e/Qdt /Wdt 開系的質(zhì)量和性質(zhì)隨時間而變化，但邊界固定不變，由能量守

3、恒原理，該控制體在一定的時間間隔內(nèi)，總能量的變化：能量變化：2211/ttiijjttijEQWe m dte m dt 功：/fsWWW /:fW流動功，使物質(zhì)通過開系所做的功。4.2 開系流動過程的能量平衡2211/ttfjjjiiittjiWPv m dtPv m dt 4.2 開系流動過程的能量平衡/:SW軸功：開系與外界通過機(jī)械軸所交換的功。即流體在經(jīng)過產(chǎn)功或耗功設(shè)備的流動過程中，由于壓力的變化導(dǎo)致流體發(fā)生膨脹或壓縮，由該設(shè)備的機(jī)械軸傳出或輸入的功，此機(jī)械軸可以理解為轉(zhuǎn)動的，也可以是往復(fù)的。 如：鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)耗功設(shè)備。 透平機(jī)、水輪機(jī)產(chǎn)功設(shè)備。221122112211/ttsfii

4、jjttijttsjjjiiittjittiijjttijEQWWm e dtm e dtQWP v m dtPv m dtm e dtm e dt 4.2 開系流動過程的能量平衡2211/()()ttsiiiijjjjttijEQWep v m dtep vm dt /212212()()siiiiijjjjjWdEQhgzumdtdtdthgzum 或或2121/212212()()tsiiiititjjjjtjEQWhgzum dthgzum dt 由h=u+pv 和212eUgzu 開系流動過程的能量平衡方程4.3 穩(wěn)流過程的能量平衡4.3.1 開系穩(wěn)流過程的能量平衡式穩(wěn)流過程：指開系

5、穩(wěn)定狀態(tài)與穩(wěn)定流動過程，即考察時間內(nèi)沿流體流動的途徑所有各點(diǎn)的質(zhì)量流量都相等，且不隨時間變化，能量流率也不隨時間變化，即所有質(zhì)量和能量流率均為常數(shù)，無質(zhì)量和能量的積累。0000dEdMdtdtEM 令：4.3.1 開系穩(wěn)流過程的能量平衡式/SSWQQWdtdt jjiijiHh mhm PjjiijiEgz mgz m 221122KjjiijiEu mu m 0sPKsPKQWHEEQWHEE 即單位時間內(nèi)有：開系穩(wěn)流過程熱力學(xué)第一定律數(shù)學(xué)表達(dá)式或能量平衡方程式。4.3.1 開系穩(wěn)流過程的能量平衡式討論：若只有一種物料進(jìn)出體系，由質(zhì)量平衡則有：0M ijmmm 2221122()()()ji

6、PjiKjiHm hhm hEmg zzmg zEm uum u 能量平衡方程式可簡化為：212sQWm hmg zm u 對單位質(zhì)量物料：212sqwhg zu 4.3.1 開系穩(wěn)流過程的能量平衡式例4-1 用功率為2.0kW的泵將95C的熱水從貯水罐送到換熱器，熱水的流量為3.5kgs-1。在換熱器中以698kJs-1的速率將熱水冷卻后送入比第一貯水罐高15m的第二貯水罐，求第二貯水罐的水溫。貯水罐出水進(jìn)水貯水罐?t 95 C SWQ換熱器15m泵4.3.1 開系穩(wěn)流過程的能量平衡式解：以1kg水為計(jì)算基準(zhǔn)例4-1輸入的功：12.00.57143.5swkJ kg 放出的熱：1698199

7、.43.5qkJ kg 位能變化：319.81 15 100.1472g zkJ kg 動能變化忽略：2120u 212shqwg zu 例4-14.3.1 開系穩(wěn)流過程的能量平衡式則有：11397.96hkJ kg 由附表3查得95C飽和水的焓：121397.96 199.0198.96hhhkJ kg 根據(jù)h2再查附表3，得到第二貯水罐的水溫度約為47.51C1199.40.57140.14720199.0hkJ kg 由穩(wěn)流過程能量平衡方程式：212shqwg zu 4.3.2 穩(wěn)流過程能量平衡式的簡化形式及其應(yīng)用1、機(jī)械能平衡式與外界無熱交換、無軸功交換的不可壓縮流體的穩(wěn)流過程：00s

8、qw 2120hug z 對不可壓縮流體，假定流動過程是非粘性理想流體的流動過程，無摩擦損耗存在，無機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，因此內(nèi)能不變，即：PPvv P 又由焓與內(nèi)能的關(guān)系式：hUPv 2102Pug z 即為著名的柏努力方程式（機(jī)械能平衡式）柏努力方程式（機(jī)械能平衡式）0U 不可壓縮流體：v=常數(shù)4.3.2 穩(wěn)流過程能量平衡式的簡化形式及其應(yīng)用4.3.2 穩(wěn)流過程能量平衡式的簡化形式及其應(yīng)用2、絕熱穩(wěn)定流動方程式 與外界無熱、無軸功交換的可壓縮流體的穩(wěn)定流動過程的能量平衡方程式：此時通常位能變化很小，方程可簡化為：2120hu 絕熱穩(wěn)定流動方程式絕熱穩(wěn)定流動方程式（1）噴管與擴(kuò)壓管4.3.2 穩(wěn)

9、流過程能量平衡式的簡化形式及其應(yīng)用噴管：壓力沿流動方向降低，從而使流速增大的部件。擴(kuò)壓管：降低流速，增大流體壓力的部件。 該方程式可計(jì)算流體的終溫，質(zhì)量流量和出口截面積等。是噴管和擴(kuò)壓管的設(shè)計(jì)依據(jù)。2120hu （2）節(jié)流裝置（孔板、閥門、多孔塞）2102u 流體流過節(jié)流裝置壓力下降，動能無明顯變化：0jihhh 或或 即節(jié)流過程為等焓過程節(jié)流過程為等焓過程，通常使流體溫度下降溫度下降用于制冷。4.3.2 穩(wěn)流過程能量平衡式的簡化形式及其應(yīng)用3、與外界有大量熱、軸功交換的穩(wěn)流過程4.3.2 穩(wěn)流過程能量平衡式的簡化形式及其應(yīng)用 如：傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)、氣體壓縮與膨脹、液體混合等過程，通常動能

10、變化和位能變化很小，即：21200ug z SSsm hQWHQWhqw 或或或或無功交換（傳熱、化學(xué)反應(yīng)、精餾、蒸發(fā)、溶解、無功交換（傳熱、化學(xué)反應(yīng)、精餾、蒸發(fā)、溶解、 吸收、結(jié)晶、萃取等過程）吸收、結(jié)晶、萃取等過程）0sw m hQHQhq 或或或或（1 1）若絕熱（絕熱壓縮和膨脹）若絕熱（絕熱壓縮和膨脹）0q SSsm hWHWhw 或或或或121*RpmhHTTC 則可得到節(jié)流之后溫度的表達(dá)式為：則可得到節(jié)流之后溫度的表達(dá)式為：0H *2121()0RRPHCTTHH 由焓變的計(jì)算式：由焓變的計(jì)算式：節(jié)流之后壓力較低，可視為理想氣體：節(jié)流之后壓力較低，可視為理想氣體：2200RRHS

11、節(jié)流過程為等焓節(jié)流過程為等焓解：分析解：分析例4-2丙烷氣體在2MPa、400K 時穩(wěn)流經(jīng)過節(jié)流裝置后減壓到0.1MPa。試求丙烷節(jié)流后的溫度和節(jié)流過程的熵變。1RH352CCTKPMPa 114002.01.08170.4706369.84.25rrTP 01.60.4220.0830.2891.0817B 02.60.6750.551.0817rdBdT 14.20.1720.1390.0151.0817B 15.20.7220.4801.0817rdBdT 4.3.2 4.3.2 穩(wěn)流過程能量平衡式的簡化形式及其應(yīng)用穩(wěn)流過程能量平衡式的簡化形式及其應(yīng)用01011Rr

12、rrCrrHdBdBPBTBTRTdTdT 10.2891.08170.5508.314369.80.47060.152 0.0151.08170.480RH 111390RHJ mol 4.3.2 4.3.2 穩(wěn)流過程能量平衡式的簡化形式及其應(yīng)用穩(wěn)流過程能量平衡式的簡化形式及其應(yīng)用011RrrrSdBdBPRdTdT 11118.314 0.4706(0.550.1520.48)2.437RRSSJ molk *pmhC*362/1.21328.785 108.824 10pCRTT 由由將將T=400K、R=8.314Jmol-1K-1代入上式得到：代入上式得到：*1194.074pmhC

13、J molK 121*RpmhHTTC 2385.2TK 400385.2392.62amTK *1192.734pmhCJ molK 121*385.0RpmhHTTKC S *22111lnlnRpmsTPSCRSTP 由由385.00.192.734ln8.314ln2.4374002.0S 1123.80SJ molK *1192.734pmspmhCCJ molK 取取1、可逆軸功的、可逆軸功的WS(R)計(jì)算計(jì)算 1kg定組成流體：定組成流體： 可逆軸功為無任何摩擦的軸功，流體流經(jīng)產(chǎn)功或耗功可逆軸功為無任何摩擦的軸功，流體流經(jīng)產(chǎn)功或耗功裝置，沒有機(jī)械功耗散為熱能的損失。裝置，沒有機(jī)械

14、功耗散為熱能的損失。dhTdsvdPTdsq q ：為體系和環(huán)境交換的熱量。：為體系和環(huán)境交換的熱量。則則dhqvdP 積分：積分：21PPhqvdP 則：則：21212()PsPwRvdPug z 產(chǎn)功和耗功過程：產(chǎn)功和耗功過程：21002ug z 2211()()PPssPPwRvdPWRVdP 或或耗功過程為最小值，產(chǎn)功過程為最大值。耗功過程為最小值，產(chǎn)功過程為最大值。不可壓縮流體：不可壓縮流體：()()sswRv PWRVP 或或21212()PsPqwRqvdPug z 2、實(shí)際軸功的、實(shí)際軸功的WS計(jì)算計(jì)算由于氣體分子間、軸與軸承之間、汽缸與活塞之間由于氣體分子間、軸與軸承之間、汽

15、缸與活塞之間 存存在摩擦，使得實(shí)際軸功與可逆功之間存在差別：在摩擦，使得實(shí)際軸功與可逆功之間存在差別：()ssWWR 耗功過程：耗功過程：產(chǎn)功過程：產(chǎn)功過程：()ssWWR 機(jī)械效率：機(jī)械效率：SmSWW （R R）SmSWW （R R）例例4.4 某化工廠用蒸汽透平帶動事故泵，動力裝置流程如圖某化工廠用蒸汽透平帶動事故泵，動力裝置流程如圖所示，水進(jìn)入給水泵的壓力為所示，水進(jìn)入給水泵的壓力為0.09807MPa （絕），溫度為絕），溫度為15。水被加壓到。水被加壓到0.687MPa （絕）后進(jìn)入鍋爐，將水加熱絕）后進(jìn)入鍋爐，將水加熱成飽和蒸汽。蒸汽由鍋爐進(jìn)入透平，并在透平中進(jìn)行膨脹作成飽和蒸汽

16、。蒸汽由鍋爐進(jìn)入透平，并在透平中進(jìn)行膨脹作功，排出的蒸汽壓力為功，排出的蒸汽壓力為0.09807MPa ，蒸汽透平輸出的功主蒸汽透平輸出的功主要用于帶動事故泵，有一小部分用于帶動給水泵，若透平機(jī)要用于帶動事故泵，有一小部分用于帶動給水泵，若透平機(jī)和給水泵都是絕熱可逆操作，問有百分之幾的熱能轉(zhuǎn)化為功和給水泵都是絕熱可逆操作，問有百分之幾的熱能轉(zhuǎn)化為功（即用于事故泵的功）？（即用于事故泵的功）？給水給水T=15T=15P P1 1=0.09807MPa=0.09807MPa鍋爐鍋爐P P4 4=0.09807MPa=0.09807MPa廢蒸汽廢蒸汽P P3 3=0.687MPa=0.687MPa飽

17、和蒸汽飽和蒸汽P P2 2=0.687MPa=0.687MPaq, s TurWW WS S( (泵泵) )驅(qū)動水泵需用功驅(qū)動水泵需用功透平透平分析：要計(jì)算分析：要計(jì)算 ，應(yīng)分別求出，應(yīng)分別求出WS和和q， STWq 21232(0,0,0)sqhh wg zu 而而Ws,T則是以透平機(jī)為體系：則是以透平機(jī)為體系：212,43(0,0,0)s Twhh qg zu 其中其中q是向鍋爐提供的熱量，是以鍋爐為體系，是向鍋爐提供的熱量，是以鍋爐為體系，解：取解：取1 1kgkg水為計(jì)算基準(zhǔn)水為計(jì)算基準(zhǔn)（1 1）計(jì)算）計(jì)算q、求求h2以給水泵為體系，根據(jù)能量平衡方程式以給水泵為體系，根據(jù)能量平衡方程式

18、( )s bhqw 21( )s bhhw ()sw 泵泵= =- -P P 由水蒸氣表查得由水蒸氣表查得15下水的飽和蒸汽壓下水的飽和蒸汽壓為為1.7051kPa，v=0.001m3kg-1 。0q =-( )210.001 ()s bwPP31( )= 0.001 (0.6870.09807) 100.5889s bwkJ kg h1由由15下飽和水的焓來計(jì)算，查表得下飽和水的焓來計(jì)算，查表得=1062.99hkJ kg TPhvvTPT 1010162.990.1PPPvhhvTdPTh 1=100PPThhhdPP 11062.99hhkJ kg 121( )62.990.588963

19、.58s bhhwkJ kg 、求求h3由由687kPa的飽和蒸汽表查得：的飽和蒸汽表查得：1113327636.70hkJ kgskJ kgK 、求求q以鍋爐為體系：以鍋爐為體系：132276363.582699qhhkJ kg h40S 11436.70sskJkgK 由已知由已知40.09807PMPa 結(jié)合結(jié)合s4值查值查P-S圖得：圖得：142425hkJ kg 、求求ws以透平機(jī)為體系進(jìn)行能量衡算，透平機(jī)對外做的功：以透平機(jī)為體系進(jìn)行能量衡算，透平機(jī)對外做的功：()0s Thqwq 1()3427632425338s TwhhhkJ kg 事故泵獲得的功為：事故泵獲得的功為：133

20、80.5889337.4swkJ kg 、求求T 337.4100%12.5%2699sTwq （2 2）計(jì)算）計(jì)算ws1 1、熱量衡算：無功交換，僅有熱交換過程的能量衡算。、熱量衡算：無功交換，僅有熱交換過程的能量衡算。HQ 2 2、熱量衡算的作用：確定工藝條件、設(shè)備尺寸、熱載、熱量衡算的作用：確定工藝條件、設(shè)備尺寸、熱載 體用量、熱損失、熱量分布等。體用量、熱損失、熱量分布等。3 3、熱量衡算的一般方法：、熱量衡算的一般方法：（1 1）化工生產(chǎn)過程的熱效應(yīng)）化工生產(chǎn)過程的熱效應(yīng) 物流溫度變化物流溫度變化顯熱變化顯熱變化 物流相變化物流相變化潛熱變化潛熱變化 體系中化學(xué)反應(yīng)體系中化學(xué)反應(yīng)化學(xué)

21、熱化學(xué)熱 兩種或多種物流相互溶解兩種或多種物流相互溶解混合熱混合熱（3 3）總焓變?yōu)楦鞣诌^程焓變之和。即：）總焓變?yōu)楦鞣诌^程焓變之和。即：iiHH （2 2）系統(tǒng)和計(jì)算基準(zhǔn)的選擇）系統(tǒng)和計(jì)算基準(zhǔn)的選擇 單位質(zhì)量、單位體積、單位摩爾數(shù)或單位時間單位質(zhì)量、單位體積、單位摩爾數(shù)或單位時間產(chǎn)品或原料量為計(jì)算基準(zhǔn)。產(chǎn)品或原料量為計(jì)算基準(zhǔn)。4 4、熱量衡算實(shí)例、熱量衡算實(shí)例（1 1）換熱器）換熱器換換熱熱器器A A物流物流B B物流物流BpmhCApmhC無相變化和化學(xué)反應(yīng)，且無相變化和化學(xué)反應(yīng)，且0P 解：以換熱器為體系，解：以換熱器為體系，1 1小時為計(jì)算基準(zhǔn)，小時為計(jì)算基準(zhǔn)，由熱量衡算基本式得：由熱

22、量衡算基本式得：設(shè)設(shè)T TA A T TB BTT環(huán)環(huán) 求換熱器的熱損失。求換熱器的熱損失。LHQ 換換換換熱熱器器A A物流物流B B物流物流BpmhCApmhCABHHH 換換而：而：21()AAApmhAAHm CTT 21()BBBpmhBBHm CTT 其中：其中：則：則：2121()()ABLApmhAABpmhBBQm CTTm CTT 或表示為：或表示為：AABBQHQH ( ) ( )( )ABLQQQ 若已知熱損失，則可根據(jù)上式計(jì)算物料流量或溫度。若已知熱損失，則可根據(jù)上式計(jì)算物料流量或溫度。（2 2）冷凝器（部分冷凝）冷凝器（部分冷凝）解：以氨冷凝器為體系，解：以氨冷凝器

23、為體系， 1 1小時為計(jì)算基準(zhǔn)，小時為計(jì)算基準(zhǔn)， 由熱量衡算基本式得：由熱量衡算基本式得：LHQ GAHHH 21()GGGpmhGGLLHm CTTmh 21()AAApmhAAAAHm CTTmh 循環(huán)氣循環(huán)氣中冷凝中冷凝的氨量的氨量單位質(zhì)單位質(zhì)量氨冷量氨冷凝焓變凝焓變液氨中液氨中汽化的汽化的氨量氨量單位質(zhì)量單位質(zhì)量液氨汽化液氨汽化焓變焓變則：則：式中：式中：2121()()GALGpmhGGLLApmhAAAAQm CTTmhm CTTmh 利用該式可以計(jì)算式中任何一變量。利用該式可以計(jì)算式中任何一變量。（3）燃燒反應(yīng)）燃燒反應(yīng)例4-5 用過剩20%的空氣燃燒甲烷，二者均在25， 進(jìn)入燃

24、燒爐，試求燃燒所能達(dá)到的最高溫度。解：甲烷燃燒反應(yīng)為：4222( )2( )( )2( )CHgOgCOgH O g 燃燒過程為絕熱，即：0LQ 0H 298THHH 以1mol甲烷為計(jì)算基準(zhǔn)。進(jìn)入燃燒爐的氣體為：甲烷：甲烷：1mol O2 ：2.4mol（需要理論需要理論O2的摩爾數(shù)的摩爾數(shù)2，過剩，過剩20.2=0.4mol）N2：2.479/21=9.03mol； 離開燃燒爐的氣體為：O2 ：0.4mol（過剩過剩O2摩爾數(shù)摩爾數(shù)20.2=0.4mol）N2：2.479/21=9.03mol；CO2：1mol； H2O：2mol；為計(jì)算方便可設(shè)計(jì)一過程，實(shí)現(xiàn)絕熱燃燒，求最高溫度。0.1M

25、Pa251molCH42.4molO29.03molN20.1MPaT21molCO22molH2O0.4molO29.03molN20H 298HTH0.1MPa251molCO22molH2O0.4molO29.03molN2298ifiHH 2983935102 ( 241830)( 74850)802320HJ *,2(298.15)Pipmh iiHn CT 由：由：又由：又由：2*,802320298.15ipmh iiTn C 其中：其中：*,12()iiiipmh iiiiiamiiin Dn CRn An B TT T 1 5.4572 3.4700.4 3.6399.03

26、3.280iiin A 39.502 10iiin B 50.645 10iiin D 43.489iiin A 5*3,120.645 108.314 43.4899.502 10ipmh iamin CTT T 25312802320298.150.645 108.314 43.4899.502 10amTTT T 122amTTT 其中：其中：令T20=298.15KT21=2414.6KT22=2012.6KT23=2073.4KT24=2063.9KT25=2065.4KT26=2065.2K=1792（4 4）化學(xué)變化）化學(xué)變化422( )( )( )3( ) ()CHgH O g

27、CO gHgA 222( )( )( )( ) ( )CO gH O gCO gHgB 主：主：付：付：其中：其中：24( ):2:1H O gCH 反應(yīng)前向轉(zhuǎn)化爐提供熱使反應(yīng)產(chǎn)物達(dá)到1300K，則甲烷將完全轉(zhuǎn)化，此時產(chǎn)物中CO的含量為17.4%（摩爾分?jǐn)?shù)），已知反應(yīng)物預(yù)熱到600K入爐，試求需要向轉(zhuǎn)化爐提供的熱量。0.1MPa600K1molCH42molH2O0.1MPa1300K0.87molCO0.13molCO23.13molH20.87molH2OHRH298HPH0.1MPa298.15K1molCH42molH2O0.1MPa298.15K0.87molCO0.13molCO2

28、3.13molH20.87molH2O將過程設(shè)計(jì)為：解：以1molCH4和2molH2O為計(jì)算基準(zhǔn)。298,298,20616041160ABHJHJ 為便于計(jì)算，通常采用由A和B反應(yīng)組合而成的C反應(yīng)與反應(yīng)A結(jié)合，A加B 得：4222( )2( )( )4( ) ()CHgH O gCOgHgC 298,298,298,20616041160165000CABHHHJ （1）確定產(chǎn)物組成422( )( )( )3( ) ()CHgH O gCO gHgA 4222( )2( )( )4( ) ()CHgH O gCOgHgC 產(chǎn)物組分產(chǎn)物組分molmolCOx0.87CO21-x0.13H24

29、-x3.13H2Ox0.87合計(jì)合計(jì)55產(chǎn)物中CO占17.4%，則：17.4%0.875xxmol 422( )( )( )3( ) ()3CHgH O gCO gHgAxxxx 4222( )2( )( )4( ) ()(1)(22 )(1) 4(1)CHgH O gCOgHgCxxxx （2）計(jì)算298H2980.872061600.13 165000200809HJ （3）計(jì)算RH根據(jù)定壓熱容與溫度間的關(guān)系查表得各參數(shù)如下：反應(yīng)物組分AB*103C*106D*10-5CH41.7029.081-2.164H2O3.4701.45000.121*,(298.15600)Ripmh iiHn

30、 C (144.29234.826)( 301.85)34393RHJ 組分定壓熱容CH444.29H2O34.826*11()pmhCJ molK *212(4)3pmhamamCCR ABTTT T 由（3）計(jì)算PH產(chǎn)物組分產(chǎn)物組分AB*103CD*10-5CO3.3760.5570-0.031CO23.2490.42200.083H25.4571.0450-1.157H2O3.4701.45000.121各組分定壓熱容與溫度關(guān)系式的參數(shù)值：組分組分定壓熱容定壓熱容CO31.702CO249.830H229.994H2O38.742*11()pmhCJ molK *212(4)3pmham

31、amCCR ABTTT T 由由得各組分平均定壓熱容*1,(1300298.15)161944Pipmh iiHnCJ mol （4 4）計(jì)算）計(jì)算H298RPHHHH 34393200809161944328360328.36HJkJ 328.36QHkJ 由絕熱過程：由絕熱過程：即應(yīng)向轉(zhuǎn)化爐提供即應(yīng)向轉(zhuǎn)化爐提供328.36328.36kJkJ的熱量。的熱量。常見壓縮裝置：壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)等。壓縮機(jī)：往復(fù)式壓縮機(jī)式葉輪式：常見離心式壓縮機(jī)。均需要外界輸入功，要用氣輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或其他原動機(jī)帶動它們工作沖程沖程活塞活塞排氣排氣活門活門進(jìn)氣進(jìn)氣活門活門往復(fù)式壓縮機(jī)式工作原理 離心式壓縮機(jī)工作

32、原理：靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對氣體做功，使其動能和壓力能增加，氣體的壓力和流速得到提高。然后大部分氣體動能通過一個擴(kuò)壓器降低流速，動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，壓力進(jìn)一步提高，在蝸殼處形成高壓，最后引出壓縮機(jī)外，完成吸氣一壓縮排氣過程。離心式壓縮機(jī)式工作原理 理想壓縮過程：即可逆壓縮過程，理想壓縮過程：即可逆壓縮過程，指壓縮過程不存在任何摩擦損耗，輸指壓縮過程不存在任何摩擦損耗，輸入的功都用于氣體壓縮，沒有功耗散入的功都用于氣體壓縮，沒有功耗散為熱，往復(fù)式壓縮機(jī)，排氣時汽缸中為熱，往復(fù)式壓縮機(jī)，排氣時汽缸中的氣體完全排除，不留余隙容積。的氣體完全排除，不留余隙容積。理想過程：理想過程：1 1、理想氣體等溫壓縮過

33、程：、理想氣體等溫壓縮過程：0H 則：則：SQW 即壓縮過程消耗的功全部轉(zhuǎn)化為熱：即壓縮過程消耗的功全部轉(zhuǎn)化為熱： 曲線曲線1 12 2aPV 常常數(shù)數(shù).1壓縮過程熱力學(xué)分析壓縮過程熱力學(xué)分析壓縮過程P-V圖2 2、理想氣體絕熱壓縮過程：、理想氣體絕熱壓縮過程： 0Q 則：則：SHW KPV 常常數(shù)數(shù)3 3、實(shí)際氣體壓縮過程，既不是等溫，也不是絕熱，稱為多、實(shí)際氣體壓縮過程，既不是等溫，也不是絕熱，稱為多變壓縮過程。變壓縮過程。mPV 常常數(shù)數(shù)多變指數(shù)多變指數(shù)一般：一般：1mK：有水夾套的往復(fù)式壓縮機(jī)。有水夾套的往復(fù)式壓縮機(jī)。 mK：離心式壓縮機(jī)。離心式壓縮機(jī)。三種情況比較：三

34、種情況比較：其中：其中：21PSPWVdP STWSmWSKW曲線12c曲線12b1 1、等溫過程、等溫過程SHQW 由能量平衡方程：由能量平衡方程：對理想氣體：對理想氣體：0H 2121()lnPsPPWRQVdPnRTP 211,PTP 耗耗功功2 2、絕熱過程、絕熱過程210PSPQHWVdP 對理想氣體：對理想氣體：KPV 常常數(shù)數(shù)11111KKKPPVPVVVP 12111()KPSPPHWRV dPP 11112211111111KKKKPPPPKHPVPdPPVdPK 11111211KKKKKKVPPPK 1112111111KKKKKPKVPPKP 1211111KKPKVP

35、KP 1211()11KKSPKHWRnRTKP 對理想氣體：對理想氣體：K與氣體性質(zhì)有關(guān)：與氣體性質(zhì)有關(guān)：單原子氣體：單原子氣體：K=1.667雙原子氣體：雙原子氣體：K=1.40三原子氣體：三原子氣體：K=1.333*PVCKC 混合氣體：混合氣體：111iimiyKK 3 3、多變過程、多變過程112211111()1111mmmmSPPmmWRP VnRTmPmP 對理想氣體：對理想氣體：mPV 常常數(shù)數(shù)4 4、真實(shí)氣體壓縮功的計(jì)算、真實(shí)氣體壓縮功的計(jì)算（1 1）壓縮因子變化不大，則）壓縮因子變化不大，則Zm可視為常數(shù)（壓縮過程中）可視為常數(shù)（壓縮過程中）等溫過程：等溫過程：21()l

36、nsmPWRZ nRTP 絕熱過程：絕熱過程：1211()11KKSmPKWRZ nRTKP 多變過程：多變過程：1211()11mmSmPmWRZ nRTmP （2 2）易液化的氣體，壓縮因子變化很大，可采用熱力學(xué)）易液化的氣體，壓縮因子變化很大，可采用熱力學(xué)圖表計(jì)算圖表計(jì)算絕熱過程：絕熱過程：()SWRH 多變過程：多變過程：()SWRHQ 1 1、多級壓縮的必要性：、多級壓縮的必要性：（1 1）壓縮到很高的壓力，由于實(shí)際的壓縮過程接近于絕）壓縮到很高的壓力，由于實(shí)際的壓縮過程接近于絕熱，出口壓力受到壓縮后溫度的限制，終溫必須低于壓縮熱，出口壓力受到壓縮后溫度的限制，終溫必須低于壓縮機(jī)潤滑

37、油的閃點(diǎn)；機(jī)潤滑油的閃點(diǎn)；（2 2）過高的溫度會造成氣體分解或聚合；）過高的溫度會造成氣體分解或聚合；（3 3）溫度過高還會造成管道、汽缸、活門腐蝕和損壞。）溫度過高還會造成管道、汽缸、活門腐蝕和損壞。2 2、多級壓縮比的確定、多級壓縮比的確定結(jié)論是：各級壓縮比相等結(jié)論是：各級壓縮比相等總功耗最小?？偣淖钚　Ｒ詢杉墘嚎s為例推導(dǎo)：以兩級壓縮為例推導(dǎo)： 理想氣體由理想氣體由P1壓縮至壓縮至P3，中間壓力為中間壓力為P2，計(jì)算可逆多變計(jì)算可逆多變壓縮功：壓縮功：1132112212()1111mmmmSPPmmWRP VP VmPmP ( )SWR 值要最小，則它對壓力值要最小，則它對壓力P2的一

38、階偏導(dǎo)數(shù)為零。即：的一階偏導(dǎo)數(shù)為零。即： 1312,()0SPP VWRP 22111PVPVnRT 理想氣體：理想氣體：求導(dǎo)得：求導(dǎo)得：11 2111112320mmmmmPVVPPPP 10V 23221312PPPPPPP 或或由于：由于：同理，對于多級壓縮存在類似關(guān)系同理，對于多級壓縮存在類似關(guān)系3124123ssPPPPrPPPP 11ssPPr 壓縮比壓縮比實(shí)際壓縮過程有實(shí)際壓縮過程有水冷卻器和油水水冷卻器和油水分離器，存在壓分離器，存在壓力降，使壓縮比力降，使壓縮比比理論值約大比理論值約大1.11.5倍倍3 3、多級壓縮可逆軸功的計(jì)算、多級壓縮可逆軸功的計(jì)算1111( )11mmsSimWRP Vrm 11111( )11msmsSPsmW RP VmP ( )SSmWRW 實(shí)際壓縮過程不能視為可