第02章質(zhì)量衡算與能量衡算 (2)ppt課件

1、第 I 篇環(huán)境工程原理根底第I篇 環(huán)境工程原理根底在環(huán)境污染控制工程領(lǐng)域，無論是水處置、廢氣處置和固體廢棄物處置處置，還是給水排水管道工程，都涉及流體流動(dòng)和熱量、質(zhì)量傳送景象。流體流動(dòng)：保送流體、沉降分別流體中顆粒物， 污染物的過濾分別等熱量傳送：加熱、冷卻、枯燥、蒸發(fā)以及管道、設(shè)備的保溫等質(zhì)量傳送：吸收、吸附、吹脫、膜分別以及生物、化學(xué)反響等第I篇 環(huán)境工程原理根底本篇主要講述質(zhì)量衡算、能量衡算等環(huán)境工程中分析問題的根本方法，以及流體流動(dòng)和熱量、質(zhì)量傳送的根底實(shí)際。系統(tǒng)掌握流體流動(dòng)和熱量、質(zhì)量傳送過程的根底實(shí)際，對(duì)優(yōu)化污染物的分別和轉(zhuǎn)化過程、提高污染控制工程的效率具有重要意義。本篇主要內(nèi)容第

2、二章 質(zhì)量衡算與能量衡算第三章 流體流動(dòng)第四章 熱量傳送第五章 質(zhì)量傳送第I篇 環(huán)境工程原理根底第二章質(zhì)量衡算與能量衡算 第二章 質(zhì)量衡算與能量衡算第一節(jié) 常用物理量 常用物理量及單位換算 常用物理量及其表示方法第二節(jié) 質(zhì)量衡算 衡算系統(tǒng)的概念 總質(zhì)量衡算方程第三節(jié) 能量衡算 總能量衡算方程 熱量衡算方程本章主要內(nèi)容一、計(jì)量單位二、物理量的單位換算三、量綱和無量綱準(zhǔn)數(shù)四、常用物理量及其表示方法本節(jié)的主要內(nèi)容第一節(jié) 常用物理量計(jì)量單位是度量物理量的規(guī)范 物理量數(shù)值單位國(guó)際單位制，符號(hào)為SI 7個(gè)根本單位；2個(gè)輔助單位；導(dǎo)出單位 。第一節(jié) 常用物理量一、計(jì)量單位mkg表2.1.1 國(guó)際單位制的根本

3、單位7個(gè)根本單位2個(gè)輔助單位表2.1.2 國(guó)際單位制的輔助單位 量的稱號(hào) 單位稱號(hào) 單位符號(hào) 平面角 立體角 弧度 球面度 rad sr 第一節(jié) 常用物理量按照定義式由根本單位相乘或相除求得，并且其導(dǎo)出單位的定義式中的比例系數(shù)永遠(yuǎn)取1。導(dǎo)出單位當(dāng)采用其它單位制時(shí)，將各物理量的單位代入定義式中，得到的k不等于1。例如，上例中，假設(shè)間隔的單位為cm，那么k=0.01。式中F力； m質(zhì)量； a加速度； u速度； t時(shí)間； S間隔； k比例系數(shù)。力的導(dǎo)出單位，按牛頓運(yùn)動(dòng)定律寫出力的定義式，即按照國(guó)際單位制規(guī)定，取k=1，那么力的導(dǎo)出單位為第一節(jié) 常用物理量導(dǎo)出單位表2.1.3 國(guó)際單位制中規(guī)定了假設(shè)干

4、具有專門稱號(hào)的導(dǎo)出單位 第一節(jié) 常用物理量 同一物理量用不同單位制的單位度量時(shí)，其數(shù)值比稱為換算因數(shù) 例如1m長(zhǎng)的管用英尺度量時(shí)為3.2808ft，那么英尺與米的換算因數(shù)為3.2808。 解：按照題意，將kgf/cm2中力的單位kgf換算為N，cm2換算為m2。查表，N與kgf的換算因數(shù)為9.80665，因此 1kgf9.80665N又 1cm0.01m所以： 1.033kgf/cm21.0339.80665N/(0.01m)2=1.013105 N/ m2【例題2.1.1】: 知1atm1.033kgf/cm2，將其換算為N/ m2。二、物理量的單位換算第一節(jié) 常用物理量設(shè)備周圍空氣流動(dòng)速度

5、，cm/s【例題2.1.2】設(shè)備壁面因強(qiáng)迫對(duì)流和輻射作用向周圍環(huán)境中散失的熱量可用下式表示，即式中：對(duì)流-輻射結(jié)合傳熱系數(shù)，kcal/m2h假設(shè)將 的單位改為W/(m2K), u 的單位改為m/s，試將上式加以變換。第一節(jié) 常用物理量解：根據(jù)附錄，1kcal4186.8 Ws，1h=3600s；1表示溫差為1，用K表示溫度時(shí)，溫差為1K。因此1kcal/m2h4186.8/3600 W/(m2K)1.163 W/(m2K)1cm/s0.01m/s整理上式，并略去上標(biāo)，得將上兩式帶入原式中，得W/(m2K)令 為以W/(m2K)為單位的傳熱系數(shù)， 為以m/s為單位的速度？第一節(jié) 常用物理量(一)

6、量綱用來描畫物體或系統(tǒng)物理形狀的可丈量性質(zhì)稱為它的量綱。 量綱與單位的區(qū)別： 量綱是可丈量的性質(zhì)； 單位是丈量的規(guī)范，用這些規(guī)范和確定的數(shù)值可以定量地描畫量綱。可丈量物理量可以分為兩類：根本量和導(dǎo)出量。 三、量綱和無量綱準(zhǔn)數(shù)第一節(jié) 常用物理量根本量綱: 質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間、溫度的量綱，分別以M、L、t和T表示，簡(jiǎn)稱MLtT量綱體系?！疚锢砹俊勘硎驹撐锢砹康牧烤V，不指具有確定數(shù)值的某一物理量。利用量綱所建立起來的關(guān)系是定性的而不是定量的。其它物理量均可以以M、L、t和T的組合方式表示其量綱:速度= 密度=壓強(qiáng)= 粘度=Lt1ML3ML1t2ML1t1第一節(jié) 常用物理量(二)無量綱準(zhǔn)數(shù)由各種變量和參

7、數(shù)組合而成的沒有單位的群數(shù)，稱為無量綱準(zhǔn)數(shù)。 無量綱準(zhǔn)數(shù)既無量綱，又無單位，其數(shù)值大小與所選單位制無關(guān)。只需組合群數(shù)的各個(gè)量采用同一單位制，都可得到一樣數(shù)值的無量綱準(zhǔn)數(shù)。準(zhǔn)數(shù)符號(hào)定義雷諾數(shù)(Reynold)Re=規(guī)范提法是量綱為1第一節(jié) 常用物理量 經(jīng)過對(duì)影響某一過程和景象的各種要素物理量進(jìn)展量綱分析，將物理量表示成為假設(shè)干個(gè)無量綱準(zhǔn)數(shù)，然后借助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立這些無量綱變量之間的關(guān)系式。 第一節(jié) 常用物理量參考內(nèi)容:量綱分析法第一節(jié) 常用物理量參考內(nèi)容:量綱分析法雷諾數(shù)，代表慣性力與粘性力的比值，反映流動(dòng)特性；歐拉數(shù)，代表阻力損失引起的壓降與慣性力之比。管路的長(zhǎng)徑比，反映幾何尺寸的特性絕對(duì)粗糙

8、度與管徑之比，稱為相對(duì)粗糙度經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，回歸求取關(guān)聯(lián)式中的待定系數(shù)“黑箱模型法 第一節(jié) 常用物理量參考內(nèi)容:量綱分析法例如：氨的水溶液的濃度1質(zhì)量濃度與物質(zhì)的量濃度mg/Lmol/L氨的質(zhì)量或物質(zhì)的量/溶液體積2. 質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)%mg/kgmmol/kmol氨的質(zhì)量/溶液的質(zhì)量氨的物質(zhì)的量/溶液的物質(zhì)的量3質(zhì)量比與摩爾比mmol/kmolmg/kg氨的質(zhì)量/水的質(zhì)量氨的物質(zhì)的量/水的物質(zhì)的量四、常用物理量第一節(jié) 常用物理量(一)濃度1質(zhì)量濃度與物質(zhì)的量濃度1質(zhì)量濃度A ，2物質(zhì)的量濃度cA ， c組分A的摩爾質(zhì)量第一節(jié) 常用物理量(2.1.2)(2.1.4)(2.1.5)2.質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾

9、分?jǐn)?shù)1質(zhì)量分?jǐn)?shù)和體積分?jǐn)?shù)組分A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)混合物的總質(zhì)量組分A的質(zhì)量 (2.1.6)在水處置中，污水中的污染物濃度普通較低，1L污水的質(zhì)量可以近似以為等于1000g，所以實(shí)踐運(yùn)用中，經(jīng)常將質(zhì)量濃度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)加以換算，即1mg/L 相當(dāng)于1mg/1000g 110-6質(zhì)量分?jǐn)?shù)= 1ppm1g/L 相當(dāng)于1g/1000g 110-9質(zhì)量分?jǐn)?shù)=1ppb當(dāng)污染物的濃度過高，導(dǎo)致污水的比重發(fā)生變化時(shí)，上兩式應(yīng)加以修正，即 1mg/L 相當(dāng)于1/污水的密度質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1g/L相當(dāng)于1/污水的密度 質(zhì)量分?jǐn)?shù)ppmppb g/g， 10-6 g/kg， 10-9 質(zhì)量分?jǐn)?shù)第一節(jié) 常用物理量在大氣污染控制工程中，常

10、用體積分?jǐn)?shù)表示污染物質(zhì)的濃度。例如mL/m3，那么此氣態(tài)污染物質(zhì)濃度為10-6。1摩爾任何理想氣體在一樣的壓強(qiáng)和溫度下有著同樣的體積，因此可以用體積分?jǐn)?shù)表示污染物質(zhì)的濃度，在實(shí)踐運(yùn)用中非常方便；同時(shí)，該單位的最大優(yōu)點(diǎn)是與溫度、壓力無關(guān)。第一節(jié) 常用物理量例如，10-6體積分?jǐn)?shù)表示每106體積空氣中有1體積的污染物，這等價(jià)于每106摩爾空氣中有1摩爾污染物質(zhì)。又由于任何單位摩爾的物質(zhì)有著一樣數(shù)量的分子，10-6體積分?jǐn)?shù)也就相當(dāng)于每106個(gè)空氣分子中有1個(gè)污染物分子。對(duì)于氣體，體積分?jǐn)?shù)和質(zhì)量濃度之間的關(guān)系和壓力、溫度以及污染物質(zhì)的分子量有關(guān)。對(duì)于理想氣體，可以用理想氣體形狀方程表示，即： 式中：p

11、絕對(duì)壓力，atm；VA體積，m3；nA物質(zhì)的摩爾數(shù)，mol；R理想氣體常數(shù)，0.082LatmK-1mol-1；T絕對(duì)溫度，K。第一節(jié) 常用物理量(2.1.9)根據(jù)質(zhì)量濃度的定義根據(jù)理想氣體形狀方程體積分?jǐn)?shù)和質(zhì)量濃度之間的關(guān)系？第一節(jié) 常用物理量(2.1.10)(2.1.11)(2.1.13)【例題2.1.3】在1atm、25條件下，某室內(nèi)空氣一氧化碳的體積分?jǐn)?shù)為9.010-6。用質(zhì)量濃度表示一氧化碳的濃度。解：根據(jù)理想氣體形狀方程，1mol空氣在1atm和25下的體積為一氧化碳CO的分子質(zhì)量為28g/mol，所以CO的質(zhì)量濃度為mg/m3第一節(jié) 常用物理量2摩爾分?jǐn)?shù)組分A的摩爾分?jǐn)?shù)混合物的總

12、摩爾數(shù)組分A的摩爾數(shù) 當(dāng)混合物為氣液兩相體系時(shí)，常以x表示液相中的摩爾分?jǐn)?shù)，y表示氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)，組分A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系 第一節(jié) 常用物理量(2.1.15b)(2.1.15a)(2.1.14)3質(zhì)量比與摩爾比組分A的質(zhì)量比混合物中惰性物質(zhì)的質(zhì)量 組分A的質(zhì)量 當(dāng)混合物中除組分A外，其他為情性組分時(shí)組分A與惰性組分的關(guān)系第一節(jié) 常用物理量(2.1.16)質(zhì)量比與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系 (2.1.17)組分A與惰性組分的關(guān)系3質(zhì)量比與摩爾比當(dāng)混合物中除組分A外，其他為情性組分時(shí)第一節(jié) 常用物理量組分A的摩爾比混合物中惰性物質(zhì)的摩爾數(shù) 組分A的摩爾數(shù) (2.1.18)摩爾比與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系 (2

13、.1.19)(2.1.20)體積流量 質(zhì)量流量 一維流動(dòng)二維流動(dòng)三維流動(dòng) 速度分布平均速度 (二)流量(三)流速第一節(jié) 常用物理量(2.1.21)(2.1.22)圓形管道 在管路設(shè)計(jì)中，選擇適宜的流速非常重要!。普通地，液體的流速取0.53.0m/s,氣體那么為1030m/s。 速度分布 流速影響流動(dòng)阻力和管徑，因此直接影響系統(tǒng)的操作費(fèi)用和基建費(fèi)用。第一節(jié) 常用物理量主體平均流速按體積流量相等的原那么定義(2.1.24)(2.1.25) 單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過單位面積的物理量稱為該物理量的通量。通量是表示傳送速率的重要物理量。單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過單位面積的熱量，稱為熱量通量，單位為J/m2s；單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過

14、單位面積的某組分的質(zhì)量，成為該組分的質(zhì)量通量，單位為kmol/m2s；單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過單位面積的動(dòng)量，稱為動(dòng)量通量，單位為N/m2。(四)通量第一節(jié) 常用物理量第一節(jié) 常用物理量1什么是換算因數(shù)？英尺和米的換算要素是多少？2什么是量綱和無量綱準(zhǔn)數(shù)？單位和量綱的區(qū)別是什么？3質(zhì)量分?jǐn)?shù)和質(zhì)量比的區(qū)別和關(guān)系如何？試舉出質(zhì)量比的 運(yùn)用實(shí)例。4大氣污染控制工程中經(jīng)常用體積分?jǐn)?shù)表示污染物的濃 度，試闡明該單位的優(yōu)點(diǎn)，并論述與質(zhì)量濃度的關(guān)系。5平均速度的涵義是什么？用管道保送水和空氣時(shí)，較為 經(jīng)濟(jì)的流速范圍為多少？思索題一、衡算的根本概念二、總質(zhì)量衡算本節(jié)的主要內(nèi)容第二節(jié) 質(zhì)量衡算 分別、反響 分析物質(zhì)流遷移

15、轉(zhuǎn)化 ?某污染物生物降解輸入量輸出量降解量=積累量輸入量1輸入量2輸出量降解量積累量第二節(jié) 質(zhì)量衡算 一、衡算的根本概念輸入速率輸出速率轉(zhuǎn)化速率=積累速率質(zhì)量衡算的普通方程轉(zhuǎn)化速率或反響速率單位時(shí)間因生物或化學(xué)反響而轉(zhuǎn)化的質(zhì)量。組分為生成物時(shí)為正值，質(zhì)量添加單位時(shí)間：以某種元素或某種物質(zhì)為衡算對(duì)象第二節(jié) 質(zhì)量衡算 (2.2.4)一、衡算的根本概念(2.2.8)污染物的生物降解經(jīng)常被視為一級(jí)反響，即污染物的降解速率與其濃度成正比。假設(shè)體積V中可降解物質(zhì)的濃度均勻分布，那么 反響速率常數(shù)，s-1或d-1物質(zhì)濃度負(fù)號(hào)表示污染物隨時(shí)間的添加而減少體積反響速率第二節(jié) 質(zhì)量衡算 各種情況下的質(zhì)量衡算 穩(wěn)態(tài)

16、系統(tǒng) 非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng) 組分發(fā)生反響 組分不發(fā)生反響 以某組分為對(duì)象 以全部部分為對(duì)象 以總質(zhì)量表示 以單位時(shí)間質(zhì)量表示第二節(jié) 質(zhì)量衡算 二、總質(zhì)量衡算質(zhì)量衡算方程的運(yùn)用1、需求劃定衡算的系統(tǒng)2、要確定衡算的對(duì)象3、確定衡算的基準(zhǔn)4、繪制質(zhì)量衡算系統(tǒng)圖5、留意單位要一致劃定衡算的系統(tǒng)確定衡算的對(duì)象某組分衡算的范圍某組分，和全部組分單位時(shí)間，某時(shí)間段內(nèi)，或一個(gè)周期總衡算和微分衡算第二節(jié) 質(zhì)量衡算 用來分析質(zhì)量遷移的特定區(qū)域，即衡算的空間范圍環(huán)境設(shè)備或管道中一個(gè)微元體微分衡算一個(gè)反響池、一個(gè)車間，或者一個(gè)湖泊、一段河流、一座城市上方的空氣，甚至可以是整個(gè)地球總衡算(一)衡算系統(tǒng)第二節(jié) 質(zhì)量衡算 質(zhì)量衡算

17、系統(tǒng)圖單位要一致第二節(jié) 質(zhì)量衡算 【例題2.2.3】一個(gè)湖泊的容積為10.0106m3。有一流量為5.0m3/s、污染物濃度為10.0mg/L的受污染支流流入該湖泊.同時(shí)，還有一污水排放口將污水排入湖泊，污水流量為0.5m3/s，濃度為100mg/L。污染物的降解速率常數(shù)為0.20 d-1。假設(shè)污染物質(zhì)在湖泊中完全混合，且湖水不因蒸發(fā)等緣由添加或者減少。求穩(wěn)態(tài)情況下流出水中污染物的濃度。解：假設(shè)完全混合意味著湖泊中的污染物濃度等于流出水中的污染物濃度 (二)穩(wěn)態(tài)反響系統(tǒng)第二節(jié) 質(zhì)量衡算 解：假設(shè)完全混合意味著湖泊中的污染物濃度等于流出水中的污染物濃度輸入速率 輸出速率 降解速率 第二節(jié) 質(zhì)量衡

18、算 (二)穩(wěn)態(tài)反響系統(tǒng)【例題】一條河流的上游流量為10m3/s，氯化物的濃度為20mg/L，有一條支流匯入，流量為5m3/s，其氯化物濃度為40mg/L。視氯化物為不可降解物質(zhì)，系統(tǒng)處于穩(wěn)定形狀，計(jì)算集合點(diǎn)下游河水中的氯化物濃度，假設(shè)在該點(diǎn)流體完全混合。解：首先劃定衡算系統(tǒng)，繪制質(zhì)量平衡圖 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 (三)穩(wěn)態(tài)非反響系統(tǒng)氯化物的輸出速率為氯化物的輸入速率為第二節(jié) 質(zhì)量衡算 解：根據(jù)質(zhì)量衡算方程【例題2.2.5】一圓筒形儲(chǔ)罐，直徑為0.8m。罐內(nèi)盛有2m深的水。在無水源補(bǔ)充的情況下，翻開底部閥門放水。知水流出的質(zhì)量流量與水深Z的關(guān)系為kg/s，求經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間后，水位下降至1m？kg/sk

19、gt=1518 s 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 0(2.2.3)(二)非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的數(shù)學(xué)特征： 當(dāng)系統(tǒng)中流速、壓力、密度等物理量只是位置的函數(shù)，不隨時(shí)間變化，稱為穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)；當(dāng)上述物理量不僅隨位置變化，而且隨時(shí)間變化，稱為非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。 對(duì)于穩(wěn)態(tài)過程，內(nèi)部無物料積累 穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)與非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)第二節(jié) 質(zhì)量衡算 01243【例題】某污水處置工藝中含有沉淀池和濃縮池，沉淀池用于去除水中的懸浮物，濃縮池用于將沉淀的污泥進(jìn)一步濃縮，濃縮池的上清液前往到沉淀池中。污水流量為5000m3/d，懸浮物含量為200mg/L，沉淀池出水中懸浮物濃度為20mg/L，沉淀污泥的含水率為99.8%，進(jìn)入濃縮池停留一定時(shí)間后，排出的

20、污泥含水率為96%，上清液中的懸浮物含量為100mg/L。假設(shè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定形狀，過程中沒有生物作用。求整個(gè)系統(tǒng)的污泥產(chǎn)量和排水量，以及濃縮池上清液回流量。污水的比重為1000kg/m3。 ？根據(jù)需求劃定衡算的系統(tǒng)第二節(jié) 質(zhì)量衡算 知=5000m3/d，200mg/L，20mg/L， (100-96)/(100/1000)40(g/L)40000(mg/L)(100-99.8)/(100/1000)2(g/L)2000(mg/L)100mg/L污泥含水率為污泥中水和污泥總量的質(zhì)量比，因此污泥中懸浮物含量為 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 (1)求污泥產(chǎn)量 以沉淀池和濃縮池的整個(gè)過程為衡算系統(tǒng)，懸浮物為衡算對(duì)象

21、，因系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，輸入系統(tǒng)的懸浮物量等于輸出的量。 輸入速率輸出速率=22.5(m3/d)4977.5(m3/d)01243第二節(jié) 質(zhì)量衡算 (2)濃縮池上清液量 取濃縮池為衡算系統(tǒng)，懸浮物為衡算對(duì)象污泥含水率從99.8降至96,污泥體積由472.5 m3/d減少為22.5m3/d,相差20倍。輸入速率輸出速率=450(m3/d)472.5(m3/d)01243第二節(jié) 質(zhì)量衡算 【例題2.2.4】在一個(gè)大小為500m3的會(huì)議室里面有50個(gè)吸煙者，每人每小時(shí)吸兩支香煙。每支香煙分發(fā)1.4mg的甲醛。甲醛轉(zhuǎn)化為二氧化碳的反響速率常數(shù)為k0.40 h-1。新穎空氣進(jìn)入會(huì)議室的流量為1000m3/h，

22、同時(shí)室內(nèi)的原有空氣以一樣的流量流出。假設(shè)混合完全，估計(jì)在25、1atm的條件下，甲醛的穩(wěn)態(tài)濃度。并與呵斥眼刺激的起始濃度0.0510-6體積分?jǐn)?shù)相比較。第二節(jié) 質(zhì)量衡算 輸入速率 輸出速率降解速率 5021.4140mg/h 10001000 mg/h 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 第二節(jié) 質(zhì)量衡算1進(jìn)展質(zhì)量衡算的三個(gè)要素是什么？2簡(jiǎn)述穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)和非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的特征。3質(zhì)量衡算的根本關(guān)系是什么？4以全部組分為對(duì)象進(jìn)展質(zhì)量衡算時(shí)，衡算方程具有什么特征？5對(duì)存在一級(jí)反響過程的系統(tǒng)進(jìn)展質(zhì)量衡算時(shí)，物質(zhì)的轉(zhuǎn)化速率如何表示？思索題一、能量衡算方程二、熱量衡算方程三、封鎖系統(tǒng)的熱量衡算方程四、開放系統(tǒng)的熱量衡算方程本節(jié)的

23、主要內(nèi)容第三節(jié) 能量衡算水預(yù)熱系統(tǒng)用熱水或蒸汽加熱水或污泥用冷水吸收電廠的廢熱水或污泥吸收熱量溫度升高冷卻水吸收熱量溫度升高用量？加熱時(shí)間？流量？溫度？第三節(jié) 能量衡算一、能量衡算方程分析能量流 流體保送中，經(jīng)過水泵對(duì)水做功，將水提升到高處？流體在管道中流動(dòng)，由于粘性產(chǎn)生摩擦力，耗費(fèi)機(jī)械能，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?？?jī)纱箢悊栴}：主要涉及物料溫度與熱量變化的過程 冷卻、加熱、散熱 系統(tǒng)對(duì)外做功，系統(tǒng)內(nèi)各種能量相互轉(zhuǎn)化 流體保送機(jī)械能衡算 熱量衡算 第三節(jié) 能量衡算1流體攜帶能量進(jìn)出系統(tǒng)熱量 做功能量既不會(huì)消逝也不能被發(fā)明。在給定的過程中，能量會(huì)發(fā)生方式上的改動(dòng) 開放系統(tǒng)封鎖系統(tǒng)能量輸入輸出的方式：2系統(tǒng)與外界

24、交換能量 熱，功第三節(jié) 能量衡算任何系統(tǒng)經(jīng)過某一過程時(shí)，其內(nèi)部能量的變化等于該系統(tǒng)從環(huán)境吸收的熱量與它對(duì)外所作的功之差，即物料所具有的各種能量之和，即總能量物料從外界吸收的熱量物料對(duì)外界所作的功系統(tǒng)內(nèi)部物料能量的變化 系統(tǒng)內(nèi)能量的變化輸出系統(tǒng)的物料的總能量輸入系統(tǒng)的物料的總能量系統(tǒng)內(nèi)物料能量的積累 對(duì)于物料總質(zhì)量 ：靜壓能位能動(dòng)能內(nèi)能EEEEE+=第三節(jié) 能量衡算(2.3.1)輸出系統(tǒng)的物料的總能量輸入系統(tǒng)的物料的總能量系統(tǒng)內(nèi)能量的積累系統(tǒng)從外界吸收的熱量對(duì)外界所作的功 對(duì)于單位時(shí)間：?jiǎn)挝粫r(shí)間輸出系統(tǒng)的物料帶出的總能量單位時(shí)間輸入系統(tǒng)的物料帶入的總能量單位時(shí)間系統(tǒng)內(nèi)能量的積累單位時(shí)間系統(tǒng)從外界

25、吸收的熱量單位時(shí)間對(duì)外界所作的功 第三節(jié) 能量衡算對(duì)于單位質(zhì)量物料：第三節(jié) 能量衡算0能量可用焓表示(2.3.1)冷卻、加熱、散熱 涉及物料溫度與熱量變化的過程 熱量衡算單位時(shí)間輸出系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶出的能量總和 單位時(shí)間輸入系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和 單位時(shí)間系統(tǒng)內(nèi)能量的積累 單位時(shí)間環(huán)境輸入系統(tǒng)的熱量，即系統(tǒng)的吸熱量 對(duì)于單位時(shí)間：第三節(jié) 能量衡算(2.3.4)二、熱量衡算方程物質(zhì)的焓定義為焓值是溫度與物態(tài)的函數(shù)，因此進(jìn)展衡算時(shí)除選取時(shí)間基準(zhǔn)外，還需求選取物態(tài)與溫度基準(zhǔn)，通常以273K物質(zhì)的液態(tài)為基準(zhǔn)。單位質(zhì)量物質(zhì)的焓單位質(zhì)量物質(zhì)的內(nèi)能物質(zhì)所處的壓強(qiáng)單位質(zhì)量物質(zhì)

26、的體積 第三節(jié) 能量衡算(2.3.5)封鎖系統(tǒng)與環(huán)境沒有物質(zhì)交換的系統(tǒng) 大氣層、封鎖的系統(tǒng)等系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于內(nèi)部能量的積累對(duì)物料總質(zhì)量進(jìn)展衡算內(nèi)部能量的變化表現(xiàn)為？第三節(jié) 能量衡算三、封鎖系統(tǒng)的熱量衡算(2.3.4)物料的比定壓熱容 物料溫度改動(dòng) 物料的質(zhì)量 無相變情況下表現(xiàn)為溫度的變化1恒壓過程中，體系所吸收的熱量全部用于焓的添加，即2恒容、不做非體積功的條件下，體系所吸收的熱量全部用于添加體系的內(nèi)能，即物料的比定容熱容 第三節(jié) 能量衡算三、封鎖系統(tǒng)的熱量衡算物質(zhì)的潛熱 對(duì)于固體或液體：熱量衡算方程無相變情況下表現(xiàn)為溫度的變化第三節(jié) 能量衡算三、封鎖系統(tǒng)的熱量衡算有相變情況下吸收或放

27、出的潛熱【例題2.3.1】熱水器發(fā)熱元件的功率是1.5kW，將水20L從15加熱到65，試計(jì)算需求多少時(shí)間？假設(shè)一切電能都轉(zhuǎn)化為水的熱能，忽略水箱本身溫度升高所耗費(fèi)的能量和從水箱向環(huán)境中散失掉的能量。 系統(tǒng)吸收的熱量來自發(fā)熱元件，加熱時(shí)間為 ， 輸入的熱量為 Q1.5t1.5t kWh水中能量的變化為2014.1865154180 kJ輸入的能量等于水中能量的變化 水0.77 h第三節(jié) 能量衡算解：以熱水器中水所占的體積為衡算系統(tǒng)，為封鎖系統(tǒng)。kJ 第三節(jié) 能量衡算 與環(huán)境既有物質(zhì)交換又有能量交換的系統(tǒng)對(duì)于單位時(shí)間物料進(jìn)展衡算對(duì)于穩(wěn)態(tài)過程 第三節(jié) 能量衡算四、開放系統(tǒng)的熱量衡算(2.3.12)

28、開放系統(tǒng)【例題2.3.3】在一列管式換熱器中用373K的飽和水蒸氣加熱某液體，液體流量為1000kg/h。從298K加熱到353K，液體的平均比熱容為3.56kJ/(kgK)。飽和水蒸氣冷凝放熱后以373 K的飽和水排出。換熱器向周圍的散熱速率為10 000 kJ/h。試求穩(wěn)定操作下加熱所需的蒸氣量。解：取整個(gè)換熱器為衡算系統(tǒng)，時(shí)間基準(zhǔn)為1h，物態(tài)溫度基準(zhǔn)為273K液體。第三節(jié) 能量衡算四、開放系統(tǒng)的熱量衡算373K飽和水的焓： 353K的液體： 第三節(jié) 能量衡算輸入系統(tǒng)的物料的焓值包括：設(shè)飽和水蒸氣用量為G kg/h，查得373K的飽和水蒸氣的焓為2677 kJ/kg，飽和水的焓為418.68 kJ/kg 輸出系統(tǒng)的物料的焓值包括：=10000 kJ/h解得G91.1 kg/h 飽和水蒸氣的焓： 298K的液體：飽和水蒸氣的焓298K的液體353K的液體373K飽和水的焓Q【例題2.3.4】一污水池內(nèi)有50m3的污水，溫度為15，為加速消化過程，需將其加熱到35。采用外循環(huán)法加熱，使污水以5 m3/h的流量經(jīng)過換熱器，換熱器用水蒸氣加熱，其出口溫度恒定為100。假設(shè)罐內(nèi)污水混合均勻，污水的密度為1000kg/ m3，不思索池的散熱，問污水加熱到所需溫度需求多少時(shí)間？ 非穩(wěn)態(tài)過程 解：池中污水混合均勻，因此恣意時(shí)辰從池中排出的污水溫度與池中