化工热力学ch2流体的PVT关系

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1、热力学第一定律及应用第三章本章要求掌握能量平衡方程的形式及应用本章重点稳流过程的能量平衡方程热力学第一定律的实质就是能量在数量上是守恒的，基本形式为：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）体系的能量的增加等于环境的能量的减少。3.1能量平衡方程一．热力学第一定律的实质1.封闭体系：与环境仅有能量交换，没有质量交换。体系内部是固定的。封闭体系是以固定的物质为研究对象。在实际生产中大都遇到三种体系3.敞开体系：与环境有能量交换，也有质量交换。2.孤立体系：与环境没有能量交换，也没有质量交换。二.能量平衡方程?1.一般形式（敞开体

2、系）（1）物料平衡方程进入体系的质量－离开体系的质量＝体系质量的积累m1-m2=dm体系（2）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E1δm1环境对微元体所作的流动功P1V1δm1环境传入的热量δQ环境对体系所作的轴功δWs离开体系的能量:微元体带出能量E2δm2流体对环境所作的流动功P2V2δm2体系积累的能量＝d（mE）能量恒等式为：E1δm1+P1V1δm1+δQ+δWs-E2δm2-P2V2δm2=d(mE)(A)1)E－单位质量流体的总能量，它包含有内能、动能和位能。注意：一部分是单位质量物质

3、被推入系统时，接受环境所给与的功，以及离开系统时推动前面物质对环境所作的流动功pv。2）系统与环境交换功W由两部分组成：一部分是通过泵、压缩机等机械设备的转动轴，使系统与环境交换的轴功Ws；2.1)PV—流动功，表示单位质量流体对环境或环境对流体所作的功功＝力*距离＝P*A*V/A=PVP1V1—输入流动功，环境对体系作功P2V2—输出流动功，体系对环境作功。2.2)Ws—单位流体通过机器时所作的轴功可逆轴功对于可逆总功d(PV)=PdV+VdP积分式?代入，整理，得到将H=U+PVE1δm1+P1V1δm1+δQ+δWs-E2δm2-P2V2δm2=d(mE)

4、三.能量平衡方程的应用1.封闭体系：无质量交换，限定质量体系m1=m2=mδm1=δm2=dm=0δQ+δWs=mdE不存在流动功若δWs=δWδQ+δWs=mdU或δQ+δW=mdU积分：Q+W=ΔU2.稳态流动体系的能量平衡方程稳态流动是指流体流动途径中所有各点的状况都不随时间而变化，系统中没有物料和能量的积累。(1)每点状态不随时间变化(2)没有质量和能量的积累(1)一般能量平衡方程对稳流体系,由式(5-9)得：=0δm1=δm2=dm(H2-H1)δm+(C22-C12)δm+g(Z2-Z1)δm-δWs-δQ=0积分：稳定流动系统的热力学第一定律表达式

5、为：使用上式时要注意单位必须一致。按照SI单位制，每一项的单位为J·kg-1。动能和位能的单位流动功包含在焓中轴功⊿H、⊿u2/2、g⊿z、Q和Ws分别为单位质量流体的焓变、动能变化、位能变化、与环境交换的热量和轴功。3）应用条件是稳流体系，不受过程是否可逆以及流体性质的影响。注意：1)单位要一致，且用SI单位制.H,Q,Ws—能量单位，J/KgC—m/s流量G—Kg/h（min.s）2）式中Q和Ws为代数值，即：Q以体系吸热为正，Ws以环境对体系作功为正。可逆条件下的轴功对于液体，在积分时一般可将V当作常数。对于气体怎么办？对于理想气体等温过程左式只适用与理想

6、气体等温过程一些常见的属于稳流体系的装置喷嘴扩压管节流阀透平机压缩机混合装置换热装置喷嘴与扩压管喷嘴与扩压管的结构特点是进出口截面积变化很大。流体通过时，使压力沿着流动方向降低，而使流速加快的部件称为喷嘴。反之，使流体流速减缓，压力升高的部件称为扩压管。喷嘴扩压管喷嘴与扩压管是否存在轴功?否是否和环境交换热量?通常可以忽略位能是否变化?否质量流率流体通过焓值的改变来换取动能的调整透平机和压缩机透平机是借助流体的减压和降温过程来产出功压缩机可以提高流体的压力，但是要消耗功透平机和压缩机是否存在轴功?是!是否和环境交换热量?通常可以忽略位能是否变化?不变化或者可以忽

7、略动能是否变化？通常可以忽略节流阀是否存在轴功?否是否和环境交换热量?通常可以忽略位能是否变化?否动能是否变化?通常可以忽略节流阀ThrottlingValve理想气体通过节流阀温度不变混合设备混合两种或多种流体是很常见。混合器混合设备是否存在轴功?否是否和环境交换热量?通常可以忽略位能是否变化?否动能是否变化?否当不止一个输入物流或（和）输出物流时Hi为单位质量第i股输出物流的焓值，xi为第i股输出物流占整个输出物流的质量分数。Hj为单位质量第j股输入物流的焓值，xj为第j股输入物流占整个输入物流的质量分数。为一股物流的质量流量。为总质量流量。混合设备132混

8、合器换热设备整个换热设备