第2章质量衡算与能量衡算PPT讲稿.ppt

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1、第第2章质量衡算与能量衡章质量衡算与能量衡算算第1页，共85页，编辑于2022年，星期一第一篇第一篇 环境工程原理基础环境工程原理基础在环境污染控制工程领域，无论是水处理、废气处理和固体废弃物处理处置，还是给水排水管道工程，都涉及流体流动、热量传递、质量传递现象。l流体流动：输送流体、沉降分离流体中颗粒物，污染物的过滤分离等l热量传递：加热、冷却、干燥、蒸发以及管道、设备的保温等l质量传递：吸收、吸附、吹脱、膜分离以及生物、化学反应等第2页，共85页，编辑于2022年，星期一本篇主要讲述质量衡算、能量衡算等环境工程中分析问题的基本方法，以及流体流动和热量传递、质量传递的基础理论。系统掌握流体流

2、动和热量传递、质量传递过程的基础理论，对优化污染物的分离和转化过程、提高污染控制工程的效率具有重要意义。第一篇第一篇 环境工程原理基础环境工程原理基础第3页，共85页，编辑于2022年，星期一本篇主要内容本篇主要内容第二章第二章 质量衡算与能量衡算质量衡算与能量衡算第三章第三章 流体流动流体流动第四章第四章 热量传递热量传递第五章第五章 质量传递质量传递第一篇第一篇 环境工程原理基础环境工程原理基础第4页，共85页，编辑于2022年，星期一第二章第二章 质量衡算与能量衡算质量衡算与能量衡算l本章重点本章重点l基本概念：基本概念：浓度（质量浓度、物质的量浓度、浓度（质量浓度、物质的量浓度、质量分

3、数、摩尔分数、质量比、摩尔比）、流质量分数、摩尔分数、质量比、摩尔比）、流量与流速、衡算系统、封闭系统、开放系统量与流速、衡算系统、封闭系统、开放系统l计算：计算：稳态非反应稳态非反应/反应系统的质量衡算、封闭反应系统的质量衡算、封闭系统的热量衡算系统的热量衡算第5页，共85页，编辑于2022年，星期一第二章第二章 质量衡算与能量衡算质量衡算与能量衡算 l2.1 常用物理量常用物理量l2.2 质量衡算质量衡算l2.3 能量衡算能量衡算第6页，共85页，编辑于2022年，星期一2.1 常用物理量常用物理量l2.1.1 计量单位计量单位 l2.1.2 物理量的单位换算物理量的单位换算 l2.1.3

4、 量纲和无量纲量纲和无量纲l2.1.4 常常用物理量及其表示方法（用物理量及其表示方法（）第7页，共85页，编辑于2022年，星期一2.1.1 计量单位计量单位计量单位是度量物理量的标准 物理量数值单位国际单位制，符号为SI 7个基本单位；2个辅助单位；导出单位。第8页，共85页，编辑于2022年，星期一2.1.1 计量单位计量单位国际单位制的基本单位国际单位制的基本单位量的名称量的名称单单位名称位名称单单位符号位符号长长度度米米m质质量量千克千克kg时间时间秒秒s电电流流安安培培A热热力学温度力学温度开开尔尔文文K物物质质的量的量摩摩尔尔mol发发光光强强度度坎坎德拉德拉cd第9页，共85页

5、，编辑于2022年，星期一2个辅助单位个辅助单位国际单位制的辅助单位 量的名称 单位名称 单位符号 平面角 立体角 弧度 球面度 rad sr 按照定义式由基本单位相乘或相除求得，并且其导出单位的定义式中的比例系数永远取1。导出单位导出单位2.1.1 计量单位计量单位第10页，共85页，编辑于2022年，星期一当采用其他单位制时，将各物理量的单位代入定义式中，得到的k不等于1。例如，上例中，若距离的单位为cm，则k=0.01。式中式中F F力；力；m m质量；质量；a a加速度；加速度；u u速度；速度；t t时间；时间；s s距离；距离；k k比例系数。比例系数。力的导出单位力的导出单位，按

6、牛顿运动定律写出力的定义式，即，按牛顿运动定律写出力的定义式，即按照国际单位制规定，取k=1，则力的导出单位为导出单位导出单位2.1.1 计量单位计量单位第11页，共85页，编辑于2022年，星期一 同一物理量用不同单位制的单位度量时，其数值比称为换算因数。例如1m长的管用英尺度量时为3.28084ft，则英尺与米的换算因数为3.28084。2.1.2 物理量的单位换算物理量的单位换算第12页，共85页，编辑于2022年，星期一2.1.2 物理量的单位换算物理量的单位换算l例题：已知例题：已知1atm=1.033kgf/cm2，将其换算为，将其换算为N/m2。l1 kgf=9.80665 Nl

7、1 cm=0.01 ml1atm=1.033kgf/cm2=1.0339.80665 N/(0.01 m)2=1.013105 N/m2第13页，共85页，编辑于2022年，星期一(1)量纲用来描述物体或系统物理状态的可测量性质称为它的量纲。量纲与单位的区别：量纲是可测量的性质；单位是测量的标准，用这些标准和确定的数值可以定量地描述量纲。可测量物理量可以分为两类：基本量和导出量。2.1.3 量纲和无量纲量纲和无量纲第14页，共85页，编辑于2022年，星期一基本量纲基本量纲:质量、长度、时间、温度的量纲，分别以质量、长度、时间、温度的量纲，分别以M、L、t和和T表示，简称表示，简称MLtT量纲

8、体系。量纲体系。【物理量】表示该物理量的量纲，不指具有确定数值的某一物理量。利用量纲所建立起来的关系是定性的而不是定量的。其他物理量均可以以M、L、t和T的组合形式表示其量纲:速度=密度=压强=黏度=Lt1ML3ML1t2ML1t12.1.3 量纲和无量纲量纲和无量纲第15页，共85页，编辑于2022年，星期一(2)无量纲准数由各种变量和参数组合而成的没有单位的群数，称为无量纲准数。无量纲准数既无量纲，又无单位，其数值大小与所选单位制无关。只要组合群数的各个量采用同一单位制，都可得到相同数值的无量纲准数。准数符号定义雷诺数(Reynold)Re标准提法是量纲为标准提法是量纲为1 12.1.3

9、量纲和无量纲量纲和无量纲第16页，共85页，编辑于2022年，星期一2.1.4 常常用物理量及其表示方法（用物理量及其表示方法（）l（1 1）浓度）浓度l质量浓度与物质的量浓度质量浓度与物质的量浓度l质量分数与摩尔分数质量分数与摩尔分数l质量比与摩尔比质量比与摩尔比l（2 2）流量）流量l（3 3）流速）流速l（4 4）通量）通量第17页，共85页，编辑于2022年，星期一例如：氨的水溶液的浓度1）质量浓度与物质的量浓度mg/Lmol/L氨的质量或物质的量/溶液体积2）质量分数与摩尔分数%kg/kgkmol/kmol氨的质量/溶液的质量氨的物质的量/溶液的物质的量3）质量比与摩尔比kmol/k

10、molkg/kg氨的质量/水的质量氨的物质的量/水的物质的量（1 1）浓度）浓度第18页，共85页，编辑于2022年，星期一（1 1）浓度）浓度l1 1）质量浓度与物质的量浓度）质量浓度与物质的量浓度l质量浓度：质量浓度：A=mA/Vl物质的量浓度：物质的量浓度：cA=nA/Vl质量浓度与物质的量浓度的关系质量浓度与物质的量浓度的关系lcA=A/MA混合液体/气体的浓度怎样计算？第19页，共85页，编辑于2022年，星期一（1 1）浓度）浓度l2 2）质量分数与摩尔分数）质量分数与摩尔分数l质量分数：质量分数：xmA=mA/ml摩尔分数：摩尔分数：xA=nA/nl摩尔分数与质量分数的关系摩尔分

11、数与质量分数的关系l质量分数与质量浓度的关系（液体）质量分数与质量浓度的关系（液体）l体积分数与质量浓度的关系（气体）体积分数与质量浓度的关系（气体）第20页，共85页，编辑于2022年，星期一组分组分A A的质量分数与摩尔分数的关系的质量分数与摩尔分数的关系 第21页，共85页，编辑于2022年，星期一在水处理中，污水中的污染物浓度一般较低，1L污水的质量可以近似认为等于1000g，所以实际应用中，常常将质量浓度和质量分数加以换算，即1mg/L 相当于1mg/1000g 110-6（质量分数）=1ppm1g/L 相当于1g/1000g 110-9（质量分数）=1ppb当污染物的浓度过高，导致

12、污水的密度发生变化时，上两式应加以修正，即 1mg/L=110-6混合物的密度（质量分数）1g/L=110-9 混合物的密度（质量分数）ppmppb g/g，10-6 g/kg，10-9（质量分数）质量分数与质量浓度的关系质量分数与质量浓度的关系第22页，共85页，编辑于2022年，星期一在大气污染控制工程中，常用体积分数表示污染物质的浓度。例如mL/m3，则此气态污染物质浓度为10-6。1mol任何理想气体在相同的压强和温度下有着同样的体积，因此可以用体积分数表示污染物质的浓度，在实际应用中非常方便；同时，该单位的最大优点是与温度、压力无关。例如，10-6（体积分数）表示每106体积空气中有

13、1体积的污染物，这等价于每106mol空气中有1mol污染物质。又因为任何单位物质的量的物质有着相同数量的分子，10-6（体积分数）也就相当于每106个空气分子中有1个污染物分子。质量分数与质量浓度的关系质量分数与质量浓度的关系第23页，共85页，编辑于2022年，星期一对于气体，体积分数和质量浓度之间的关系和压力、温度以及污染物质的相对分子质量有关。对于理想气体，可以用理想气体状态方程表示，即：式中：p绝对压力，Pa；VA体积，m3；nA物质的量，mol；R摩尔气体常数，8.314 Pam3K-1mol-1；T热力学温度，K。0.082 atmL/(mol K)体积分数与质量浓度的关系体积分

14、数与质量浓度的关系第24页，共85页，编辑于2022年，星期一根据质量浓度的定义根据理想气体状态方程？体积分数与质量浓度的关系体积分数与质量浓度的关系第25页，共85页，编辑于2022年，星期一（1 1）浓度）浓度l3 3）质量比与摩尔比）质量比与摩尔比l质量比：质量比：XmA=mA/（m-mA）l摩尔比：摩尔比：XA=nA/（n-nA）l质量比与质量分数的关系质量比与质量分数的关系lXmA=xmA/（1-xmA）l摩尔比与摩尔分数的关系摩尔比与摩尔分数的关系lXA=xA/（1-xA）第26页，共85页，编辑于2022年，星期一（1 1）浓度）浓度l例题例题（P24）：）：在在1.013105

15、Pa，25条件下，条件下，某室内空气中某室内空气中CO的体积分数为的体积分数为9.010-6。试计。试计算空气中算空气中CO的质量浓度。的质量浓度。lA=mA/V=nAMA/V=pVAMA/（RTV）lA=VA/V pMA/(RT103)MA=28g/mol，因此将，因此将g转化为标准单位转化为标准单位kg第27页，共85页，编辑于2022年，星期一（1 1）浓度）浓度l液体混合物液体混合物（体积不变）（体积不变）第28页，共85页，编辑于2022年，星期一（1 1）浓度）浓度l补充例题补充例题2-1l已知乙醇水溶液中各组分的质量分数为乙醇已知乙醇水溶液中各组分的质量分数为乙醇0.6，水水0.

16、4。试求该溶液在。试求该溶液在293K时的密度。时的密度。l并且已知并且已知293K时乙醇的密度时乙醇的密度1=789kg/m3，水的，水的密度密度2=998.2kg/m3。第29页，共85页，编辑于2022年，星期一l气体混合物：式中的气体混合物：式中的M用气体混合物的平均摩用气体混合物的平均摩尔质量尔质量Mm代替代替（1 1）浓度）浓度第30页，共85页，编辑于2022年，星期一（1 1）浓度）浓度l补充例题补充例题2-2l已知某混合气体的组成（均为体积分数）为：已知某混合气体的组成（均为体积分数）为：55%的的H2，18%的的N2和和27%的的CO2。求该混合。求该混合气体在气体在500

17、kPa和和298K时的密度。时的密度。l注意单位的换算。注意单位的换算。第31页，共85页，编辑于2022年，星期一（2 2）流量）流量l体积流量：体积流量：qv=V/tl质量流量：质量流量：qm=V/tl体积流量与质量流量的关系：体积流量与质量流量的关系：qm=qv第32页，共85页，编辑于2022年，星期一（3 3）流速）流速l流速：单位时间内流体在流动方向上流过的距流速：单位时间内流体在流动方向上流过的距离。离。l平均流速：平均流速：采用截面上各点流速的平均值，称采用截面上各点流速的平均值，称为主体平均流速。为主体平均流速。第33页，共85页，编辑于2022年，星期一（3 3）流速）流速

18、l圆形管道圆形管道流体输送管路的直径可根据流量和流速进行汁算。在管路设计中，选择适宜的流速非常重要!一般地，液体的流速取0.53.0m/s，气体则为1030m/s。流速影响流动阻力和管径，因此直接影响系统的操作费用和基建费用。第34页，共85页，编辑于2022年，星期一（3 3）流速）流速l补充例题补充例题2-3l用内径为用内径为50mm的管道输送的管道输送98%的硫酸的硫酸(293K)，要求输送量为要求输送量为12t/h，试求该管道中硫酸的体积，试求该管道中硫酸的体积流量和流速。流量和流速。l从附录中可以查出从附录中可以查出293K时时 98%的硫酸的的硫酸的=1831kg/m3lqV=qm

19、/lu=qV/A第35页，共85页，编辑于2022年，星期一 单位时间内通过单位面积的物理量称为该物理量的通量。通量是表示传递速率的重要物理量。p单位时间内通过单位面积的热量，称为热量通量，单位为J/（m2s）；p单位时间内通过单位面积的某组分的质量，成为该组分的质量通量，单位为kmol/（m2s）；p单位时间内通过单位面积的动量，称为动量通量，单位为N/m2。（4 4）通量）通量第36页，共85页，编辑于2022年，星期一分离、反应 分析物质流迁移转化?某污染物生物降解输入量输出量转化量=积累量输入量1输入量2输出量降解量积累量2.2 质量衡算质量衡算第37页，共85页，编辑于2022年，星

20、期一2.2 质量衡算质量衡算l2.2.1 衡算的基本概念衡算的基本概念l（1）衡算系统）衡算系统 l（2）总衡算与微分衡算）总衡算与微分衡算l（3）稳态系统与非稳态系统）稳态系统与非稳态系统l2.2.2 总质量衡算总质量衡算第38页，共85页，编辑于2022年，星期一用来分析质量迁移的特定区域，即衡算的空间范围环境设备或管道中一个微元体微分衡算一个反应池、一个车间，或者一个湖泊、一段河流、一座城市上方的空气，甚至可以是整个地球总衡算2.2.1 衡算的基本概念衡算的基本概念衡算系统衡算系统第39页，共85页，编辑于2022年，星期一2.2.1 衡算的基本概念衡算的基本概念l（2）总衡算与微分衡算

21、）总衡算与微分衡算l总衡算：研究一个过程的总体规律总衡算：研究一个过程的总体规律l微分衡算：探求系统内部的质量和能量变化规律，微分衡算：探求系统内部的质量和能量变化规律，了解过程的机理了解过程的机理l（3）稳态系统与非稳态系统）稳态系统与非稳态系统l稳态系统：物理量不随时间变化稳态系统：物理量不随时间变化l非稳态系统：物理量随时间变化非稳态系统：物理量随时间变化第40页，共85页，编辑于2022年，星期一2.2.2 总质量衡算总质量衡算l（1）以物料的全部组分为衡算对象）以物料的全部组分为衡算对象lm1-m2=mlm1=m2lqm1-qm2=dm/dtl（2）以某种元素或某种物质为衡算对象）以

22、某种元素或某种物质为衡算对象lqm1-qm2+qmr=dm/dtlqm1=qm2lqm1-qm2-kv=0lqm1-qm2=dm/dt第41页，共85页，编辑于2022年，星期一质量衡算方程的应用时注意事项质量衡算方程的应用时注意事项1.需要划定衡算的系统2.要确定衡算的对象3.确定衡算的基准4.绘制质量衡算系统图5.注意单位要统一划定衡算的系统确定衡算的对象某组分衡算的范围某组分，和全部组分单位时间，某时间段内，或一个周期总衡算和微分衡算第42页，共85页，编辑于2022年，星期一例题例题2.2.1（P30）qv2输入输入2qv1输入输入112qvmm混合输出混合输出第43页，共85页，编辑

23、于2022年，星期一氯化物的输入速率为氯化物的输出速率为例题例题2.2.1（P30）第44页，共85页，编辑于2022年，星期一例题例题2.2.2（P31）l解题思路：解题思路：l1）先划定衡算的系统）先划定衡算的系统 0 0124 3 3？第45页，共85页，编辑于2022年，星期一例题例题2.2.2（P31）l2）列出已知条件）列出已知条件lqv0=5 000m3/d，0=200mg/L，2=20mg/L，3=100mg/Ll另外可求的隐含条件另外可求的隐含条件l污泥含水率为污泥中水和污泥总量的质量比，因此污泥含水率为污泥中水和污泥总量的质量比，因此污泥中悬浮物含量为污泥中悬浮物含量为l1

24、=(100-96)/(100/1000)40 g/L40000 mg/Ll4=(100-99.8)/(100/1000)2 g/L2000 mg/L第46页，共85页，编辑于2022年，星期一例题例题2.2.2（P31）l3）计算）计算l首先以沉淀池和浓缩池的整个过程首先以沉淀池和浓缩池的整个过程（I）为衡算系统，为衡算系统，悬浮物为衡算对象，因系统稳定运行，输入系统的悬悬浮物为衡算对象，因系统稳定运行，输入系统的悬浮物量等于输出的量。浮物量等于输出的量。l输入速率：输入速率：l输出速率：输出速率：=22.5 m3/d 4977.5 m3/d 第47页，共85页，编辑于2022年，星期一衡算系

25、统衡算系统I01243第48页，共85页，编辑于2022年，星期一例题例题2.2.2（P31）l再取浓缩池（再取浓缩池（II）为衡算系统，悬浮物为衡算）为衡算系统，悬浮物为衡算对象对象l输入速率：输入速率：l输出速率输出速率：472.5 m3/d=450 m3/d 第49页，共85页，编辑于2022年，星期一衡算系统衡算系统II01243第50页，共85页，编辑于2022年，星期一稳态反应系统稳态反应系统lqm1-qm2+qmr=0lqm1-qm2-kv=0第51页，共85页，编辑于2022年，星期一例题例题2.2.3（P33）第52页，共85页，编辑于2022年，星期一l1）已知条件）已知条

26、件l完全混合：完全混合：l稳态情况下：稳态情况下：l湖水不因蒸发等原因增加或者减少：湖水不因蒸发等原因增加或者减少：qv2+qv1=qvm解题思路解题思路第53页，共85页，编辑于2022年，星期一解题思路解题思路l2）计算）计算l输入速率：输入速率：l输出速率：输出速率：l降解速率：降解速率：单位换算第54页，共85页，编辑于2022年，星期一例题例题2.2.4（P34）第55页，共85页，编辑于2022年，星期一输入速率 输出速率降解速率 5021.4140 mg/h 10001000 mg/h 解题思路解题思路第56页，共85页，编辑于2022年，星期一解题思路解题思路l体积分数体积分数

27、第57页，共85页，编辑于2022年，星期一解：根据质量衡算方程kg/skgt=1518 s 非稳态系统非稳态系统 例题例题2.2.4（P34）第58页，共85页，编辑于2022年，星期一2.3 能量衡算能量衡算l2.3.1 能量衡算方程能量衡算方程l2.3.2 热量衡算方程热量衡算方程l2.3.3 封闭系统的热量衡算封闭系统的热量衡算l2.3.4 开放系统的热量衡开放系统的热量衡算算第59页，共85页，编辑于2022年，星期一用热水或蒸汽加热水或污泥用冷水吸收电厂的废热水或污泥吸收热量温度升高冷却水吸收热量温度升高用量？流量？温度？2.3.1 能量衡算方程能量衡算方程第60页，共85页，编辑

28、于2022年，星期一2.3.1 能量衡算方程能量衡算方程水预热系统加热时间？第61页，共85页，编辑于2022年，星期一分析能量流 流体输送中，通过水泵对水做功，将水提升到高处？流体在管道中流动，由于黏性产生摩擦力，消耗机械能，转变为热量？机械能衡算 热量衡算 2.3.1 能量衡算方程能量衡算方程第62页，共85页，编辑于2022年，星期一两大类问题：主要涉及物料温度与热量变化的过程 冷却、加热、散热 系统对外做功，系统内各种能量相互转化 流体输送2.3.1 能量衡算方程能量衡算方程第63页，共85页，编辑于2022年，星期一2.3.1 能量衡算方程能量衡算方程（1）流体携带能量进出系统热量

29、做功开放系统封闭系统能量输入输出的方式：（2）系统与外界交换能量（热，功）第64页，共85页，编辑于2022年，星期一任何系统经过某一过程时，其内部能量的变化等于该系统从环境吸收的热量与它对外所作的功之差，即物料所具有的各种能量之和，即总能量物料从外界吸收的热量物料对外界所作的功系统内部物料能量的变化 对于物料总质量：静压能位能动能内能EEEEE+=2.3.1 能量衡算方程能量衡算方程第65页，共85页，编辑于2022年，星期一2.3.1 能量衡算方程能量衡算方程l系统内部的能量变化（系统内部的能量变化（E）=输出系统的物输出系统的物料的总能量料的总能量-输入系统的物料的总能量输入系统的物料的

30、总能量+系统系统内物料能量的积累内物料能量的积累=系统从外界吸收的热量系统从外界吸收的热量-系统对外界所做的功系统对外界所做的功第66页，共85页，编辑于2022年，星期一2.3.1 能量衡算方程能量衡算方程对于单位时间：（单位时间输出系统的物料带出的总能量）（单位时间输入系统的物料带入的总能量）（单位时间系统内能量的积累）（单位时间系统从外界吸收的热量）（单位时间对外界所作的功）第67页，共85页，编辑于2022年，星期一2.3.2 热量衡算方程热量衡算方程0能量可用能量可用焓焓表示表示冷却、加热、散热冷却、加热、散热 涉及物料温度与热量变化的过程涉及物料温度与热量变化的过程 热量衡算热量衡

31、算第68页，共85页，编辑于2022年，星期一物质的焓定义为焓值是温度与物态的函数，因此进行衡算时除选取时间基准外，还需要选取物态与温度基准，通常以273K物质的液态为基准。单位质量物质的焓单位质量物质的内能物质所处的压强单位质量物质的体积 2.3.2 热量衡算方程热量衡算方程第69页，共85页，编辑于2022年，星期一单位时间输出系统的物料的焓值总和，即物料带出的能量总和 单位时间输入系统的物料的焓值总和，即物料带入的能量总和 单位时间系统内能量的积累 单位时间环境输入系统的热量，即系统的吸热量 对于单位时间：2.3.2 热量衡算方程热量衡算方程第70页，共85页，编辑于2022年，星期一封

32、闭系统与环境没有物质交换的系统 大气层、封闭的系统等系统从外界吸收的热量等于内部能量的积累对物料总质量进行衡算内部能量的变化表现为？2.3.3 封封闭系统的热量衡算闭系统的热量衡算第71页，共85页，编辑于2022年，星期一物料的比定压热容 物料温度改变 物料的质量 无相变情况下表现为温度的变化（1）恒压过程中，体系所吸收的热量全部用于焓的增加，即（2）恒容、不做非体积功的条件下，体系所吸收的热量全部用于增加体系的内能，即物料的比定容热容 2.3.3 封闭系封闭系统的热量衡算统的热量衡算第72页，共85页，编辑于2022年，星期一对于固体或液体：热量衡算方程无相变情况下表现为温度的变化有相变情

33、况下2.3.3 封闭封闭系统的热量衡算系统的热量衡算物质吸收或放出的潜热第73页，共85页，编辑于2022年，星期一例例2.3.1（P40）l解题思路：解题思路：l1）先划定衡算的系统）先划定衡算的系统l以热水器中水所占的体积为衡算系统，以热水器中水所占的体积为衡算系统，为封闭为封闭系统系统。水第74页，共85页，编辑于2022年，星期一例例2.3.1（P40）l2）系统）系统吸收的热量吸收的热量来自发热元件，加热时间为来自发热元件，加热时间为 t，输入的热量为：输入的热量为：lQ1.5t1.5t kWhl3）水中能量的变化为水中能量的变化为l 2014.18（6515）4180 kJl4）E

34、Q=Q1kwh=1000W3600s=3.6103kJ 第75页，共85页，编辑于2022年，星期一例例2.3.2（P40）l解题思路：解题思路：l1）先确定运用的衡算公式：）先确定运用的衡算公式：EQ=mLlm=V=Ahl2）与地球表面对太阳能的平均吸收率）与地球表面对太阳能的平均吸收率（168W/m2）比较）比较1kwh=1000W3600s=3.6106J 第76页，共85页，编辑于2022年，星期一2.3.4 开放系统的热量衡算开放系统的热量衡算l开放系统开放系统与环境既有物质交换又有能量交与环境既有物质交换又有能量交换的系统换的系统 对于稳态过程对于稳态过程第77页，共85页，编辑于

35、2022年，星期一例例2.3.3（P41）l解题思路：解题思路：l1）先划定衡算的系统：）先划定衡算的系统：取整个换热器为衡算取整个换热器为衡算系统，时间基准为系统，时间基准为1h第78页，共85页，编辑于2022年，星期一例例2.3.3（P41）l2）运用开放系统的公式）运用开放系统的公式l输入输入系统的物料的焓值包括：系统的物料的焓值包括：l饱和水蒸气的焓：饱和水蒸气的焓：2677Gl298K的液体的焓：的液体的焓：10003.56(298-273)l输出输出系统的物料的焓值包括：系统的物料的焓值包括：l373K饱和水的焓：饱和水的焓：418.68Gl353K的液体的焓：的液体的焓：100

36、03.56(353-273)l输入系统的能量：输入系统的能量：q=-10000第79页，共85页，编辑于2022年，星期一例例2.3.3（P41）l418.68G+10003.56(353-273)-10003.56(298-2273)+2677G =-10000l最后可求：最后可求：G=91.12 kg/h第80页，共85页，编辑于2022年，星期一 开放系开放系统统中能量中能量变变化率的化率的计计算算的能量为当只有一种物料流经系统输入或输出热量时，因物料进入系统而输入因物料离开系统所输出的能量为式中：通过系统的物料的质量流量，kg/h或kg/s；1H 单位质量物料进入系统时的焓，kJ/kg

37、；2H 单位质量物料离开系统时的焓，kJ/kg。则系统的能量变化率为第81页，共85页，编辑于2022年，星期一 (1)当物料无相变时，若定压比热容不随温度变化，或取物料平均温度下的定压比热容时:T 例如：用水对热电厂的烟气进行冷却，表示冷却水的质量流量，表示冷却水在流经热电厂的冷凝器后温度的升高。(2)当物料有相变时，如热流体为饱和蒸汽，放出热量后变为冷凝液。当冷凝液以饱和温度离开系统时:式中：r 饱和蒸汽的冷凝潜热，kJ/kg。当物料离开系统时的温度低于饱和温度时，物料经过系统放出潜热时，r为负值！第82页，共85页，编辑于2022年，星期一？例例2.3.5（P44）第83页，共85页，编辑于2022年，星期一解：（1）以冷却水为衡算对象则冷却水热量的变化率为水的密度为1000kg/m3，故水的体积流量为40.6 m3/s。设冷却水的质量流量为冷却水吸收热量速率为第84页，共85页，编辑于2022年，星期一例例2.3.5（P44）l（2）以河流水为衡算对象，在）以河流水为衡算对象，在100m3/s的流的流量下，吸收量下，吸收1700MW能量后河水温度的变化为能量后河水温度的变化为河水温度升高了河水温度升高了4.14.1，变为，变为24.124.1。第85页，共85页，编辑于2022年，星期一