質(zhì)量衡算與能量衡算培訓(xùn)課程

第一篇環(huán)境工程原理基礎(chǔ)在環(huán)境污染控制領(lǐng)域，無論是水、廢氣、固體廢棄物處理，還是給、排水管道工程，都涉及到流體流動(dòng)、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞現(xiàn)象。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基本方法，以及流體流動(dòng)和熱量傳遞、質(zhì)量傳遞的基本理論。三傳：動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞第二章質(zhì)質(zhì)量衡衡算與能能量衡算算主要內(nèi)容容第一節(jié)常常用用物理量量第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量量衡算第三節(jié)能能量量衡算計(jì)量單位位是度量量物理量量的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)物理量＝＝數(shù)值×單位國際單位位制，符符號為SI第一節(jié)常常用物物理量一、計(jì)量量單位

量的名稱

單位名稱

單位符號長度質(zhì)量時(shí)間電流熱力學(xué)溫度物質(zhì)的量發(fā)光強(qiáng)度

米

千克

秒安[培]開[爾文]摩[爾]坎[德拉]

s

AKmolcdmkg表2.1..1國際單位位制的基基本單位位7個(gè)基本單單位表2.1.2國際單位制的輔助單位量的名稱

單位名稱

單位符號

平面角

立體角

弧度

球面度

rad

sr

按照定義義式由基基本單位位相乘或或相除求求得，并并且導(dǎo)出出單位的的定義式式中比例系數(shù)數(shù)永遠(yuǎn)取取1。導(dǎo)出單位位2個(gè)輔助單單位p16表2.1..3同一物理理量用不不同單位位制的單單位度量量時(shí)，其其數(shù)值比比稱為換算因數(shù)數(shù)，工程中常常用單位位在各種種單位制制間的換換算因數(shù)數(shù)見附錄錄1。二、物理理量的單單位換算算三、量綱綱和無量量綱準(zhǔn)數(shù)數(shù)(一)量綱（看課本p18，2分鐘）描述物體體或系統(tǒng)統(tǒng)物理狀態(tài)態(tài)的可測量性性質(zhì)稱為量綱綱。量綱與單單位的區(qū)區(qū)別：量綱是可測量的的性質(zhì)；單位是測量的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，用這些些標(biāo)準(zhǔn)和和確定的的數(shù)值可可以定量量地描述述量綱。?？蓽y量物物理量可可以分為為兩類：：基本量量和導(dǎo)出出量?；玖烤V綱:質(zhì)量、長長度、時(shí)時(shí)間、溫溫度，分分別以M、L、t和T表示，簡簡稱MLtT量綱體系系。導(dǎo)出量剛剛：均可用M、L、t和T的組合形式來來表示[導(dǎo)出量]=MαLβtγTδ注意：利利用量綱綱所建立立起來的的關(guān)系是定性的的而不是是定量的的[速度]=[密度]=[黏度]=Lt－1ML－3ML－1t－1量綱指數(shù)數(shù)(二)無量綱準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)由各種變變量和參參數(shù)組合合而成的的沒有單單位的群群數(shù)，其其量綱為1。無量綱準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)既無無量綱，，又無單單位，通常具有有一定的的物理意意義。其數(shù)值大小小與所選選的單位位制無關(guān)關(guān)，但組合群數(shù)數(shù)的各個(gè)個(gè)量必須須采用同同一單位位制。準(zhǔn)數(shù)符號定義雷諾數(shù)(Reynold)Re水中污染染物濃度度常用單單位是mg/L或mol//L((M)，空氣中污污染物濃濃度單位位常用μg/L或mol//m3。四、常用用物理量量及其表表示方法法(一)濃度（1）質(zhì)量濃濃度ρA（2）物質(zhì)的的量濃度度cA1．質(zhì)量濃濃度與物物質(zhì)的量量濃度組分A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)混合物的總質(zhì)量組分A的質(zhì)量式中:MA—組分A的摩爾質(zhì)質(zhì)量，kg/kmol。組分A的質(zhì)量濃濃度與其其物質(zhì)的的量濃度度關(guān)系:2.質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)與摩爾爾分?jǐn)?shù)（1）質(zhì)量分分?jǐn)?shù)和體體積分?jǐn)?shù)數(shù)在水處理理中，水水中污染染物的濃度一般般較低，在實(shí)際際應(yīng)用中中，常將將質(zhì)量濃濃度和質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)加以換換算，即即1mg//L=1mg//1000g=1××10-6（質(zhì)量分分?jǐn)?shù)）=1ppm1μg//L=1μg//1000g==1×10-9（質(zhì)量分分?jǐn)?shù)）=1ppb在大氣污污染控制制工程中中，常用用體積分分?jǐn)?shù)表示示污染物物質(zhì)的濃濃度。例例如mL/m3，則此氣氣態(tài)污染染物質(zhì)濃濃度為10-6。1mol任何理想氣體體在相同的的壓強(qiáng)和和溫度下下有相同同的體積積，因此此用體積積分?jǐn)?shù)表表示污染染物質(zhì)的的濃度非非常方便便；其最最大的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是與與溫度、、壓力無無關(guān)。例如，體體積分?jǐn)?shù)數(shù)10-6表示每106體積空氣氣中有1體積的污污染物，，這等價(jià)價(jià)于每106mol空氣中有有1mol的污染物物。又因因?yàn)槿魏魏螁挝晃镂镔|(zhì)的量量有相同同數(shù)量的的分子，，體積分分?jǐn)?shù)10-6也相當(dāng)于于每106個(gè)空氣分分子中有有1個(gè)污染物物分子。。對于氣體體污染物物，若把把混合物物看成理理想氣體體，則符符合理想想氣體狀狀態(tài)方程程，即：：式中：p——絕對壓力力，Pa；VA——體積，m3；nA——物質(zhì)的量量，mol；R——摩爾氣體體常數(shù)，，8.314J/(mol··K)T——熱力學(xué)溫溫度，K。(2.1.9))根據(jù)質(zhì)量量濃度的的定義思考：體體積分?jǐn)?shù)數(shù)和質(zhì)量量濃度之之間的關(guān)關(guān)系？？【例題2.1..3】在101..325KPa、25℃條件下，，某室內(nèi)內(nèi)一氧化化碳的體體積分?jǐn)?shù)數(shù)為9.0××10-6。用質(zhì)量量濃度表表示一氧氧化碳的的濃度。。解：CO分子的摩摩爾質(zhì)量量為28g//mol，根據(jù)式式2.1..13，得CO的質(zhì)量濃濃度為：：（2）摩爾分?jǐn)?shù)數(shù)組分A的摩爾分分?jǐn)?shù)混合物的的總物質(zhì)質(zhì)的量組分A的物質(zhì)的的量當(dāng)混合物物為氣液液兩相體體系時(shí)，，常以x表示液相相中的摩摩爾分?jǐn)?shù)數(shù)，y表示氣相相中的摩摩爾分?jǐn)?shù)數(shù)。，組分A的質(zhì)量分分?jǐn)?shù)與摩摩爾分?jǐn)?shù)數(shù)的關(guān)系系3．質(zhì)量比比與摩爾爾比組分A的質(zhì)量比比混合物中中惰性物物質(zhì)的質(zhì)質(zhì)量組分A的質(zhì)量(當(dāng)混合物物中除組組分A外，其余余為惰性性組分時(shí)時(shí)）組分A的質(zhì)量比比定義質(zhì)量比與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系組分A的摩爾比比定義組分A的摩爾比混合物中惰性物質(zhì)的物質(zhì)的量組分A的物質(zhì)的量摩爾比與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系常表示液液相某組組分的摩摩爾比氣態(tài)混合合物摩爾爾比用分分壓表示示思考：理理想氣體體的體積積分?jǐn)?shù)等等于其壓壓力分?jǐn)?shù)數(shù)也等于于其摩爾爾分?jǐn)?shù)根據(jù)道爾爾頓（Dalton）分壓定定律：總總壓P＝∑Pi（分壓））Pi=niRT/VP=P1+P2+…+Pn==n1RT/V+n2RT/V+…=(∑∑ni)RT/V==nRT/V根據(jù)阿馬馬格定律律（Amagat）定律：：V＝∑Vi（i組分在總總壓P下單獨(dú)存存在具有有的體積積）PVi=niRTPV＝P∑Vi=(∑∑ni)RT==nRT體積流量量質(zhì)量流量量二維流動(dòng)動(dòng)（平面））(二)流量(三)流速在x,y,,z三個(gè)坐標(biāo)標(biāo)軸方向向上的投投影分別別為ux，uy，uzqV與qm間的關(guān)系系？單位時(shí)間間內(nèi)流過管道道任一截截面流體體的量流量用體體積計(jì)量量：流量用質(zhì)質(zhì)量計(jì)量量：單位時(shí)間間內(nèi)流體體在流動(dòng)動(dòng)方向流流過的距距離三維流動(dòng)動(dòng)（空間））一維流動(dòng)動(dòng)（管道中中）速度分布布怎么計(jì)算算?qv由生產(chǎn)任任務(wù)規(guī)定定，適宜宜的um需要通過過經(jīng)濟(jì)權(quán)權(quán)衡確定定。選管徑程程序：取經(jīng)驗(yàn)值值求求d圓整d校核u。一般液體流速速取0.5~~3.0m//s，氣體則為為10~30m/s。圓形管道道平均流速速按體積流流量相等等的原則則定義流過截面面的面積積，m2單位時(shí)間間內(nèi)通過過單位面面積的物物理量稱稱為該物物理量的的通量。。通量是是表示傳遞遞速率的的重要物物理量。單位時(shí)間間內(nèi)通過過單位面面積的熱量，稱為熱熱量通量量，單位位為J/(m2·s)；單位時(shí)間間內(nèi)通過過單位面面積的某某組分的的質(zhì)量，成為該該組分的的質(zhì)量通通量，單單位為kmol/(m2·s)；單位時(shí)間間內(nèi)通過過單位面面積的動(dòng)量，稱為動(dòng)動(dòng)量通量量，單位位為N/m2。(四)通量第一節(jié)常常用物物理量（1）什么是是換算因因數(shù)？（2）什么是是量綱和和無量綱綱準(zhǔn)數(shù)？？單位與與量綱的的區(qū)別（3）質(zhì)量分分?jǐn)?shù)和質(zhì)質(zhì)量比的的區(qū)別與與聯(lián)系。。舉出質(zhì)量量比的應(yīng)應(yīng)用實(shí)例例。（4）大氣污污染控制制工程中中經(jīng)常用用體積分分?jǐn)?shù)表示示污染物物的濃度度，試說說明該單單位的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，并并闡述與與質(zhì)量濃濃度的關(guān)關(guān)系。（5）平均速速度的涵涵義是什什么？用用管道輸輸送水和和空氣時(shí)時(shí)，較為為經(jīng)濟(jì)的的流速范范圍為多多少？本節(jié)思考考題一、衡算算的基本本概念二、總質(zhì)質(zhì)量衡算算主要內(nèi)容容第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算通過質(zhì)量量衡算，，從理論論上計(jì)算算物料在在環(huán)境系系統(tǒng)中的的輸入、、輸出和和積累，，分析物物質(zhì)流在在環(huán)境系系統(tǒng)中的的遷移轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化情況況。質(zhì)量衡算算方程質(zhì)量守恒恒定律第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算一、衡算算的基本本概念(一)衡算系統(tǒng)統(tǒng)—用來分析析質(zhì)量遷遷移的特特定區(qū)域域，即衡算的空空間范圍圍衡算系統(tǒng)統(tǒng)輸出輸入轉(zhuǎn)化積累衡算系統(tǒng)統(tǒng)大小和和幾何形形狀選取取根據(jù)研研究問題題的方便便確定邊界對宏觀范圍圍進(jìn)行衡算算稱為總衡算——不涉及內(nèi)內(nèi)部的詳詳細(xì)情況況，即：：由系統(tǒng)周周圍環(huán)境境各有關(guān)關(guān)物理量量的變化化來推斷斷系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)部物理理量的總總體平均均變化。。一個(gè)反應(yīng)應(yīng)池、一一個(gè)車間間，或者者一個(gè)湖湖泊、一一段河流流、一座座城市上上方的空空氣，甚甚至可以以是整個(gè)個(gè)地球。。(二)總衡算與與微分衡衡算研究一個(gè)個(gè)過程的的總規(guī)律律而不涉涉及內(nèi)部部詳細(xì)情情況時(shí)，，也可運(yùn)運(yùn)用總衡衡算。對微元范圍圍進(jìn)行的衡衡算稱為為微分衡算算，用于考察系統(tǒng)內(nèi)部部各點(diǎn)的變變化規(guī)律律。環(huán)境設(shè)備備一個(gè)微微元體或或管道中中的一個(gè)個(gè)微元段段建立微分分方程，，特定條條件下求求解穩(wěn)態(tài)過程程的數(shù)學(xué)學(xué)特征：：當(dāng)系統(tǒng)中中流速、、壓力、、密度等等物理量量只是位置的函函數(shù)，不隨時(shí)間間變化，稱為穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)中中流速、、壓力、、密度等等物理量量不僅隨位置變變化，而且隨時(shí)間變變化，稱為非穩(wěn)態(tài)系系統(tǒng)。（三）穩(wěn)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)與非穩(wěn)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)過過程的數(shù)數(shù)學(xué)特征征：質(zhì)量衡算算的一般般方程：：轉(zhuǎn)化速率率或反應(yīng)應(yīng)速率(kg//s)，單位時(shí)時(shí)間內(nèi)因因化學(xué)反反應(yīng)或生生物反應(yīng)應(yīng)而轉(zhuǎn)化化的質(zhì)量量。組分分為反應(yīng)應(yīng)物時(shí)，，qmr為負(fù)值，，組分為為生成物物時(shí)，qmr為正值。。(2.2.4))輸入速率率(kg//s)，單位時(shí)時(shí)間輸入入系統(tǒng)的的物料質(zhì)質(zhì)量輸出速率率(kg//s)，單位時(shí)時(shí)間輸出出系統(tǒng)的的物料質(zhì)質(zhì)量積累速率率(kg//s)，單位時(shí)時(shí)間內(nèi)系系統(tǒng)積累累的物料料質(zhì)量二、總質(zhì)量衡衡算（物物料衡算算）寫出衡算算方程衡算的類類型(總衡算?微分衡算算?)某組分?全部組分分?單位時(shí)間間，某時(shí)時(shí)間段或或一個(gè)周周期？質(zhì)量衡算算的分析析步驟注意單位位要統(tǒng)一一！輸出輸入轉(zhuǎn)化積累劃定衡算算的系統(tǒng)統(tǒng)確定衡算算的對象象某組分劃定衡算算的系統(tǒng)統(tǒng)確定衡算算的對象象確定衡算算的基準(zhǔn)準(zhǔn)邊界(一)穩(wěn)態(tài)非反反應(yīng)系統(tǒng)統(tǒng)混合輸出出輸入1輸入2輸入速率率：qm1=ρ1qv1+ρ2qv2輸出速率率：qm2=ρmqvm=ρm(qv2+qv2)ρmqvmρ1qv1ρ2qv2反應(yīng)速率率=0積累速率率=0則質(zhì)量平平衡方程程為：ρ1qv1+ρ2qv2=ρm(qv2+qv2)【例題2.2..2】污水處理理工藝的的沉淀池池用于去去除水中中懸浮物物，濃縮縮池用于于進(jìn)一步步濃縮沉沉淀的污污泥，將將上清液液返回到到沉淀池池。污水水流量5000m3/d，懸浮物物含量200mg/L，沉淀池池出水中中懸浮物物濃度20mg/L，沉淀污污泥含水水率99.8%，進(jìn)入濃濃縮池停停留一定定時(shí)間后后，排出出污泥含含水率為為96%，上清液液懸浮物物含量100mg/L。設(shè)系統(tǒng)統(tǒng)處于穩(wěn)穩(wěn)態(tài)，過過程中無無生物作作用，求求整個(gè)系系統(tǒng)污泥泥產(chǎn)量和和排水量量以及濃濃縮池上上清液回回流量。。污水密密度103kg/m3。(p31，看書1分鐘）=(100－96)/(100/1000)=40g/L

=40000mg/L=(100－99.8)/(100/1000)

=2g/L

=2000mg/L污泥含水水率為污污泥中水水和污泥泥總量的的質(zhì)量比比，因此此污泥中中懸浮物物含量為為已知：qv0=5000m3/d,ρ0

=200mg/L,

=20mg/L,

=100mg/L，ρ1qv2qv1qv3ρ2ρ3ρ4ρ0qv0qv4污泥產(chǎn)量排水量上清液流量進(jìn)水量進(jìn)濃縮池水量求：qv1，qv2，qv3劃定衡算算的系統(tǒng)統(tǒng)ρ1qv2qv1qv3ρ2ρ3ρ4ρ0qv0qv4污泥產(chǎn)量排水量上清液流量進(jìn)水量進(jìn)入濃縮池水量Ⅰ解：(1)求污泥產(chǎn)產(chǎn)量以沉淀池池和濃縮縮池的整整個(gè)過程程為衡算算系統(tǒng)，，懸浮物物為衡算算對象，，取1d為衡算基基準(zhǔn)，因因系統(tǒng)穩(wěn)穩(wěn)定運(yùn)行行，輸入入系統(tǒng)的的懸浮物物量等于于輸出的的量。輸入輸出ρ1qv2qv1qv3ρ2ρ3ρ4ρ0qv0qv4污泥產(chǎn)量排水量上清液流量進(jìn)水量進(jìn)入濃縮池水量(2)濃縮池上上清液量量：濃縮縮池為衡衡算系統(tǒng)統(tǒng)，懸浮浮物為衡衡算對象象Ⅱ污泥含水水率從99.8％降至96％,污泥體積積由472..5m3/d減少為22.5m3/d，相差20倍。輸入輸出qv3=450m3/d，qv4=472..5m3/d(二)穩(wěn)態(tài)反應(yīng)應(yīng)系統(tǒng)污染物的的生物降降解經(jīng)常常被視為為一級反應(yīng)應(yīng)，即污染染物的降降解速率率與其濃濃度成正正比。假假設(shè)體積積V中可降解解物質(zhì)的的濃度均均勻分布布，則反應(yīng)速率率常數(shù)，，s-1或d-1物質(zhì)質(zhì)量量濃度負(fù)號表示示污染物物隨時(shí)間間的增加加而減少少體積質(zhì)量衡算算方程：：qm1－qm2－kρV=0讀法：卡卡帕【例題2.2..3】一湖泊容容積為10×106m3。有一流流量為5.0m3/s、污染物物濃度為為10.0mg//L的支流流流入。同同時(shí)，有有一排放放口將流流量為0.5m3/s，質(zhì)量濃濃度為100mg/L的污水排排入，污污染物降降解速率率常數(shù)為為0.20d-1。假設(shè)污污染物質(zhì)質(zhì)在湖泊泊中完全全混合，，且湖水水不因蒸蒸發(fā)等原原因增加加或者減減少，求求穩(wěn)態(tài)情情況下流流出水中中污染物物的質(zhì)量量濃度。。解：假設(shè)設(shè)完全混混合，意意味著湖中污染染物的質(zhì)質(zhì)量濃度度等于流流出水中中污染物物的質(zhì)量量濃度。。輸入速率率輸出速率率

降解速率率質(zhì)量衡算算方程為為：以湖為衡衡算系統(tǒng)統(tǒng)，污染染物為衡衡算對象象，取1s為衡算基基準(zhǔn)注意:對0.2d-1進(jìn)行單位位換算根據(jù)質(zhì)量量衡算方方程≠0(三)非穩(wěn)態(tài)系系統(tǒng)需要采用用微分衡衡算方程程，通過過對初始始狀態(tài)和和最終狀狀態(tài)進(jìn)行行積分，，求得未未知量。。【例題2.2.5】一圓筒形儲罐，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，打開底部閥門放水。已知水流出的質(zhì)量流量與水深Z的關(guān)系為kg/s，求經(jīng)過多長時(shí)間后，水位下降至1m？解：以儲罐為衡算系系統(tǒng)，罐內(nèi)水為衡算對對象，取取1s為衡算基基準(zhǔn)t=1518s故：將已知數(shù)數(shù)據(jù)代入入衡算式式：分離變量量，在t1=0、t2=t和z1=2m、z2=1m間積分：解得：灌中水的的瞬時(shí)質(zhì)質(zhì)量為：：各種條件件下的質(zhì)質(zhì)量衡算算穩(wěn)態(tài)反應(yīng)應(yīng)系統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)反反應(yīng)系統(tǒng)統(tǒng)qm1－qm2＋

qmr

=

qm1－qm2＋qmr=0穩(wěn)態(tài)非反反應(yīng)系統(tǒng)統(tǒng)qmr=0qm1=qm2非穩(wěn)態(tài)非非反應(yīng)系系統(tǒng)qm1－qm2

=

qmr=0第二節(jié)質(zhì)質(zhì)量衡衡算（1）進(jìn)行質(zhì)質(zhì)量衡算算的三個(gè)個(gè)要素是是什么？？（2）簡述穩(wěn)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)和非穩(wěn)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)的特征征。（3）質(zhì)量衡衡算的基基本關(guān)系系是什么么？（4）以全部部組分為為對象進(jìn)進(jìn)行質(zhì)量量衡算時(shí)時(shí)，衡算算方程具具有什么么特征？？（5）對存在在一級反反應(yīng)過程程的系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)質(zhì)量衡算算時(shí)，物物質(zhì)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化速率率如何表表示？本節(jié)思考考題書面作業(yè)業(yè)p46——2.6；2.7；2.9第三節(jié)能能量衡衡算通過能量量衡算可可確定：：加熱系統(tǒng)統(tǒng)的供熱熱量、冷冷卻系統(tǒng)統(tǒng)所需冷冷卻水量量、系系統(tǒng)交換換的熱量量與溫度度變化的的關(guān)系流體輸送送機(jī)械的的功率等等。環(huán)境工程主要涉及兩大類問題：物料溫度與熱量變化過程－－加熱、冷卻、散熱各種能量的相互轉(zhuǎn)化過程－－流體輸送一、能量量衡算方方程二、熱量衡算算方程三、封閉閉系統(tǒng)的的熱量衡衡算方程程四、開放放系統(tǒng)的的熱量衡衡算方程程主要內(nèi)容容第三節(jié)能能量衡衡算一、能量量衡算方方程（1）流體攜攜帶能量量(物質(zhì)和能能量)可進(jìn)出系系統(tǒng)—開放系統(tǒng)統(tǒng)（2）只與環(huán)環(huán)境交換換能量(熱，功)無物質(zhì)交交換—封閉系統(tǒng)統(tǒng)邊界加熱或冷冷卻系統(tǒng)統(tǒng)、流體體輸送設(shè)設(shè)備河流或湖湖泊水體體、區(qū)域域大氣乃乃至整個(gè)個(gè)地球。。2、能量輸輸入輸出出的方式式：輸入輸出做功總能量1、進(jìn)行能能量衡算算首先要要確定衡衡算的范范圍，即即衡算系系統(tǒng)系統(tǒng)從外外界吸收的熱熱量系統(tǒng)對外所做做的功系統(tǒng)內(nèi)部部能量的變變化(2.3.1))E物料所具具有的各各種能量量之和，，即總能能量ΔE=E2－E1＋E3系統(tǒng)內(nèi)物物料能量積累累靜壓能位能動(dòng)能內(nèi)能EEEEE++=+輸出系統(tǒng)的物物料攜帶帶總能量量輸入系統(tǒng)的物物料攜帶帶總能量量ΔE系統(tǒng)能量量變化3、能量衡衡算的一一般方程程系統(tǒng)經(jīng)過過某一過過程時(shí)，，其內(nèi)部部能量的的變化以以系統(tǒng)從從環(huán)境吸吸收熱量量和對外外做功的的形式表表現(xiàn)出來來，因此此二、熱量量衡算方方程在冷卻、、加熱、、散熱過過程中，，只涉及及物料溫溫度與熱熱量的變變化過程程，此時(shí)時(shí)能量可可用焓表表示。此類過程程系統(tǒng)對對外不做做功，即即W=0，單位時(shí)間間內(nèi)系統(tǒng)統(tǒng)物料總總能量的的變化可可表示為為：則能量衡衡算方程程可表示示為：單位時(shí)間間輸出系統(tǒng)的物物料的焓焓值總和和，即物物料帶出出的能量總和和單位時(shí)間間輸入系統(tǒng)的物物料的焓焓值總和和，即物物料帶入入的能量總和和單位時(shí)間間系統(tǒng)內(nèi)能量的積累單位時(shí)間間環(huán)境輸入入系統(tǒng)熱熱量，即即系統(tǒng)的的吸熱量(2.3.4))單位：kJ/s焓的定義義焓是溫度度與物態(tài)態(tài)的函數(shù)數(shù)，進(jìn)行行熱量衡衡算時(shí)除除選取時(shí)時(shí)基準(zhǔn)準(zhǔn)外，還還需選取取物態(tài)與與溫度基基準(zhǔn)。通常以273K物質(zhì)的液液態(tài)為基基準(zhǔn)。對有化學(xué)學(xué)反應(yīng)的的系統(tǒng)，，要考慮慮反應(yīng)物與與生成物物不同溫度時(shí)時(shí)的焓值值。單位質(zhì)量量物質(zhì)的的焓單位質(zhì)量量物質(zhì)內(nèi)內(nèi)能物質(zhì)所處處的壓強(qiáng)強(qiáng)單位質(zhì)量量物質(zhì)體體積(2.3.5))封閉系統(tǒng)統(tǒng)——與環(huán)境沒沒有物質(zhì)質(zhì)交換系統(tǒng)從外外界吸收收的熱量量等于內(nèi)內(nèi)部能量量的積累累對物料總總質(zhì)量或或單位質(zhì)質(zhì)量物料料進(jìn)行衡衡算，單單位：kJ。內(nèi)部能量量的變化化表現(xiàn)為為？三、封閉系統(tǒng)統(tǒng)的熱量量衡算00物料的定定壓熱容容物料溫度度改變物料的質(zhì)質(zhì)量無相變條條件下物質(zhì)熱量量和溫度度的變化化可用比比熱容來來表示（1）恒壓過過程：系系統(tǒng)吸收收的熱量量全部用用于焓的的增加（2）恒容過過程：系系統(tǒng)吸收收的熱量量全部用用于內(nèi)能能的增加加物料的定定容熱容容(一）無相相變條件件下的熱熱量衡算算物質(zhì)的潛潛熱對于固體體或液體體：CP=CV熱量衡算算方程(二）有相相變條件件下的熱熱量衡算算發(fā)生相變變時(shí)，吸吸收或放放出熱量量而溫度度不變則系統(tǒng)能能量的變變化可表表示為：：系統(tǒng)能量量的變化化可表示示為：看課本p40例題2.3..1和2.3..2注意：對對單位時(shí)時(shí)間物料料進(jìn)行衡衡算1、穩(wěn)態(tài)過過程四、開放放系統(tǒng)的的熱量衡衡算(2.3.12)開放系統(tǒng)統(tǒng)——與環(huán)境既既有物質(zhì)質(zhì)交換又又有能量量交換則熱量衡衡算方程程表示為為系統(tǒng)內(nèi)無無熱量積積累看課本p41例題2.3..3

2、開放系系統(tǒng)中能能量變化化率的計(jì)計(jì)算：當(dāng)只有一種種物料流經(jīng)系統(tǒng)統(tǒng)時(shí)，物物料進(jìn)入入系統(tǒng)輸入的能量(2.3.14)物料離開開系統(tǒng)所所輸出的能量(2.3.13)(2.3.15)式中：qm——通過系統(tǒng)統(tǒng)的物料料的質(zhì)量量流量，，kg/h或kg/s;H1——單位質(zhì)量量物料進(jìn)進(jìn)入系統(tǒng)統(tǒng)時(shí)的焓焓，kJ/kg;H2——單位質(zhì)量量物料離離開系統(tǒng)統(tǒng)時(shí)的焓焓，kJ/kg;則系統(tǒng)的的能量變變化率為為(1)物料無相相變(2.3.16)(2)物料有相相變(2.3.17)當(dāng)物料離離開系統(tǒng)統(tǒng)時(shí)的溫度低于于飽和溫溫度(2.3.18)物料經(jīng)過過系統(tǒng)放放出潛熱熱，r為負(fù)值??！飽和蒸汽汽的冷凝凝潛熱，，kJ/kg。若定壓比比熱容不不隨溫度度變化(或取物料料平均溫溫度定壓壓比熱容容)如熱流體體為飽和和蒸汽，，放熱后后變?yōu)槔淅淠海?，冷凝液液以飽和和溫度離離開系統(tǒng)統(tǒng)時(shí)【例2.3..5】燃煤發(fā)電電廠將煤煤化學(xué)能能的三分分之一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為電電能，輸輸出電能能1000MW。其余三三分之二二的化學(xué)學(xué)能以廢廢熱形式式釋放到到環(huán)境中中，其中中15%的廢熱從從煙囪排排出，其其余85%的余熱隨隨冷卻水水進(jìn)入附附近河流流中。河河流上游游流速為為100m3/s，水溫為為20℃。試計(jì)算算：（1）若冷卻卻水溫度度只升高高10℃，冷卻水水的流量量為多少少？（2）這些冷冷卻水進(jìn)