C化工過(guò)程的能量

第六章化工過(guò)程的能量分析

6.1能量恒算方程6.2熱功轉(zhuǎn)化和熵函數(shù)6.3理想功、損失功和熱力學(xué)效率6.4

有效能和無(wú)效能6.5

有效能恒算和有效能分析本章運(yùn)用熱力學(xué)的第一與第二定律，應(yīng)用理想功、

損失功、有效能和無(wú)效能等概念對(duì)化工過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)換、傳遞與使用進(jìn)行熱力學(xué)分析，評(píng)價(jià)過(guò)程或裝置能量利用的有效程度，確定其能量利用的總效率，揭示出能量損失的薄弱環(huán)節(jié)與原因，為分析、改進(jìn)工藝與設(shè)備，提高能量利用率指明方向。

6.1能量平衡方程

6.1.1能量守恒與轉(zhuǎn)化

能量守恒與轉(zhuǎn)化定律是自然界的客觀規(guī)律。自然界的一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不同的形式，可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，但總能量是守恒的。（能量數(shù)量守恒）Helmholtz

(1821-1894)1847年，德國(guó)物理學(xué)家和生物學(xué)家Helmholtz發(fā)表了“論力的守衡”一文，全面論證了能量守衡和轉(zhuǎn)化定律。

在各種熱力學(xué)過(guò)程中，體系和環(huán)境之間往往發(fā)生能量的傳遞。能量傳遞的形式有兩種，即熱和功。通過(guò)體系的邊界，體系與體系（或體系與環(huán)境）之間由于溫差而傳遞的能量叫做熱。由于存在溫差以外的其它勢(shì)差而引起體系與環(huán)境之間傳遞的能量叫做功。需要指出：

熱和功不是狀態(tài)函數(shù)，熱和功是能量的傳遞形式。它們的值與過(guò)程進(jìn)行的途徑和方式有關(guān)。不同的途徑傳遞的熱和功是不同的。熱和功只有當(dāng)體系由于過(guò)程的進(jìn)行而發(fā)生變化時(shí)才出現(xiàn)。它們只有在過(guò)程發(fā)生時(shí)才有意義，也只有聯(lián)系某一具體的變化過(guò)程時(shí)，才能夠計(jì)算出熱和功來(lái)。熱和功都是被傳遞的能量，當(dāng)能量以熱的形式傳入體系后，不是以熱的形式儲(chǔ)存，而是增加了該體系的內(nèi)能?；み^(guò)程涉及到的能量：物質(zhì)的能量和能量的傳遞。物質(zhì)的能量（以1kg為基準(zhǔn)）熱力學(xué)能：U

分子尺度層面上的物質(zhì)內(nèi)部的能量動(dòng)能：EK=1/2u2勢(shì)能（位能）：Ep=gZ能量的傳遞：熱:Q功:W

從能量守恒可導(dǎo)出普遍條件下適用的能量平衡方程。

6.1.2能量平衡方程

Z1p1,T1,V1,U1,u1,H1p2,T2,V2,U2,u2,H2Z2δm1δm2dE/dt,dm/dt,δWs,δQ單位質(zhì)量的總能量表達(dá)：

6.1.3能量平衡方程的應(yīng)用對(duì)一個(gè)過(guò)程進(jìn)行能量恒算或能量分析時(shí)，應(yīng)該根據(jù)過(guò)程的特征，正確而靈活地將能量平衡方程式應(yīng)用于不同的具體過(guò)程。

（1）封閉體系

封閉體系是指體系與環(huán)境之間的界面不允許傳遞物質(zhì)，而只有能量交換，即δm1=δm2=0，于是能量方程式（6-9）變成（6-10）

封閉系統(tǒng)進(jìn)行的過(guò)程通常都不能引起外部的勢(shì)能或動(dòng)能變化，而只能引起內(nèi)能變化，即又因封閉體系流動(dòng)功為零，由式（6-5）得δW=δWS于是有

對(duì)單位質(zhì)量的體系

（6-12）又m為常數(shù)，式（6-10）中d(mE)體系＝mdE=mdU，所以（6-11）（2）穩(wěn)態(tài)流動(dòng)動(dòng)體系敞開(kāi)體系系：體系系和環(huán)境境有物質(zhì)質(zhì)和能量量的交換換流動(dòng)過(guò)程程有如下下特點(diǎn)（1）設(shè)備內(nèi)內(nèi)各點(diǎn)的的狀態(tài)不不隨時(shí)間間變化（2）垂直于于流向的的各個(gè)截截面處的的質(zhì)量流流率相等等。p1,T1,V1,U1，H1p2,T2,V2,U2，H2QWSZ1Z2u2u1單位：J/kg一些常見(jiàn)見(jiàn)的屬于于穩(wěn)流體體系的裝裝置噴嘴擴(kuò)壓管節(jié)流閥透平機(jī)壓縮機(jī)混合裝置置換熱裝置置化工生產(chǎn)產(chǎn)中，絕絕大多數(shù)數(shù)過(guò)程都都屬于穩(wěn)穩(wěn)流過(guò)程程，在應(yīng)應(yīng)用能量量方程式式時(shí)尚可可根據(jù)具具體情況況作進(jìn)一一步的簡(jiǎn)化?，F(xiàn)討論論幾種常常見(jiàn)情況況。流體流經(jīng)壓縮機(jī)、膨膨脹機(jī)，進(jìn)、出口口之間的動(dòng)動(dòng)能變化、、位能變化化與焓變相相比較，其其值很小，，可忽略不不計(jì)。（動(dòng)動(dòng)能為1kJ/kg時(shí)，所需速速度為45m/s。位能為1kJ/kg時(shí)，所需高高度為102米。在許多多工業(yè)裝置置中，進(jìn)出出口物料一一般沒(méi)有這這樣大的變變化。），，則式（6-13）可簡(jiǎn)化為為（6-16）透平機(jī)和壓壓縮機(jī)透平機(jī)是借借助高壓流流體的膨脹脹減壓過(guò)程程來(lái)產(chǎn)出功功壓縮機(jī)是靠靠消耗功來(lái)來(lái)提高流體體的壓力蒸汽透平動(dòng)能是否變變化?透平機(jī)和壓壓縮機(jī)是否存在軸軸功?位能是否變變化?通?？梢院龊雎允牵〔蛔兓蛘哒呖梢院雎月允欠窈铜h(huán)境境交換熱量量?通?？梢院龊雎詣?dòng)能是否變變化?（6-17）當(dāng)流體流經(jīng)經(jīng)管道、閥門(mén)門(mén)、換熱器器與混合器器等設(shè)備時(shí)是否存在軸軸功?位能是否變變化?通?？梢院龊雎苑裢ǔ？梢院龊雎允?6-17）表表明體系的的焓變等于于體系與環(huán)環(huán)境交換的的熱量。此此式是不對(duì)環(huán)境作作功的穩(wěn)流體系進(jìn)進(jìn)行熱量恒恒算的基本本關(guān)系式。。動(dòng)能是否變變化?（6-18）③流體經(jīng)過(guò)節(jié)節(jié)流膨脹、、絕熱反應(yīng)應(yīng)、絕熱混混合等絕熱過(guò)程時(shí)是否存在軸軸功?位能是否變變化?通?？梢院龊雎苑穹袷欠窈铜h(huán)境境交換熱量量?通常可以忽忽略等焓過(guò)程即（6-18）換熱設(shè)備即：若取整個(gè)換換熱器作為為體系，忽忽略與環(huán)境境交換的熱量（熱損損失為零））：假設(shè)流動(dòng)過(guò)過(guò)程為可逆逆，dU=δQ-pdV，代入上式式，得H=U+pV，dH=dU+pdV+Vdp將此式代入入（6-15）④機(jī)械能平衡衡方程在應(yīng)用于無(wú)無(wú)粘性和不不可壓縮流流體，且流流體與環(huán)境境沒(méi)有軸功功交換時(shí)，，就得到了了著名的Bernoulli方程（6-20）（6-22）⑤可壓縮性流流體急速變變速的穩(wěn)態(tài)態(tài)流動(dòng)。氣氣體在絕熱熱不做外功功的流動(dòng)過(guò)過(guò)程中，如如蒸汽噴射射泵及高壓壓蒸汽在汽汽輪機(jī)噴嘴中的噴射是否存在軸軸功?位能是否變變化?否否是否和環(huán)境境交換熱量量?通?？梢院龊雎允剑?-13）可可簡(jiǎn)化得到到絕熱穩(wěn)定定流動(dòng)方程程式此式表明，，氣體在絕絕熱不做軸軸功的穩(wěn)定定流動(dòng)過(guò)程程中，動(dòng)能能的增加等等于其焓值值的減小。。（6-22）例題6-16-26.2熱功轉(zhuǎn)化功可以全部部轉(zhuǎn)變?yōu)闊釤?，而熱要要全部轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)楣Ρ乇仨毾耐馔獠康哪芰苛浚@已為為大量實(shí)踐踐所證明。。熱、功的的不等價(jià)性性（功是高高質(zhì)量的能能量，而熱熱是低質(zhì)量量的能量））是熱力學(xué)學(xué)第二定律律的一個(gè)基基本內(nèi)容。。自然界提供供的能源中中，約90％一般要經(jīng)經(jīng)過(guò)熱轉(zhuǎn)化化成各種功功（如煤、、石油、天天然氣、核核能、太陽(yáng)陽(yáng)能等），，因此，熱熱成了能量量轉(zhuǎn)化中必必經(jīng)的“中中間體”，，研究熱轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為功的的效率具有有特殊重要要的意義。。熱量可以經(jīng)經(jīng)過(guò)熱機(jī)循循環(huán)而轉(zhuǎn)化化為功，圖圖6-3為一熱熱機(jī)示意圖圖。它由高高溫?zé)嵩?、、熱機(jī)和低低溫?zé)嵩慈糠纸M成成。圖6-3熱機(jī)的工質(zhì)質(zhì)從溫度為為T(mén)1的高溫?zé)嵩次崃縌1，熱機(jī)向外外作功W，然后向溫溫度為T(mén)2的低溫?zé)嵩捶懦鰺崃縌2，從而完成成循環(huán)。高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩2由此可以看看出,從高溫?zé)嵩丛次盏臒釤崃恐?，沒(méi)沒(méi)有完全轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為功，，必有一部部分能量要要排放到低低溫?zé)嵩粗兄腥?。循環(huán)過(guò)程產(chǎn)產(chǎn)生的功W和從高溫?zé)釤嵩次盏牡臒崃縌1之比稱為熱熱機(jī)的效率率η（6-23）（6-24）在研究和改改進(jìn)熱機(jī)的的過(guò)程中，，需要知道道什么樣的的循環(huán)熱效效率最高？？影響熱效效率的因素素有哪些？？如何得到到最高的循循環(huán)效率呢呢？Carnot定理回答了了這些問(wèn)題題。Carnot定理所有工作于于相同等溫?zé)嵩春秃偷葴乩湓丛粗g的熱熱機(jī)，以可可逆機(jī)效率率為最大；；所有工工作于相同等溫?zé)嵩春秃偷葴乩湓丛粗g的可可逆機(jī)其效效率相等，，與工作介介質(zhì)無(wú)關(guān)。。（6-25）（2）熱功間的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化存在著著一定的方方向性，即即功可以自自發(fā)地全部部轉(zhuǎn)化為熱熱，且功與功之之間理論上上也可等當(dāng)當(dāng)量完全轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化。但熱不能通通過(guò)循環(huán)全全部轉(zhuǎn)化為為功，有一定的條條件（利用用熱機(jī)，在在兩個(gè)不同同溫度間循循環(huán)）和限限度（卡諾諾循環(huán)熱效效率）。由由此可見(jiàn)，，熱和功是不不等價(jià)的。從式（6-25）可可知：（1）對(duì)于可逆熱熱機(jī)，只有有當(dāng)?shù)蜏責(zé)釤嵩碩2接近絕對(duì)零零度或高溫溫?zé)嵩碩1接近于無(wú)窮窮大時(shí)，才才能通過(guò)循循環(huán)將熱全全部轉(zhuǎn)化為為功。這是是不現(xiàn)實(shí)的的。6.3熵函數(shù)6.3.1熵與熵增原原理從Carnot循循環(huán)的熱效效率表達(dá)式式（6-25）可可以導(dǎo)出熱熱力學(xué)函數(shù)數(shù)熵的表達(dá)達(dá)式。將式式（6-25）整整理后得若可逆熱機(jī)機(jī)在高溫?zé)釤嵩粗晃帐諢o(wú)限小的的熱量，而而在低溫?zé)釤嵩粗环懦龀鰺o(wú)限小的的熱量，構(gòu)構(gòu)成一無(wú)限限小的可逆逆循環(huán)，此此時(shí)可得（6-27）（6-26）任何一個(gè)可可逆過(guò)程循循環(huán)，可以以看成由無(wú)無(wú)限多個(gè)微微小的Carnot循環(huán)組合合而成。因因此，只要要將式（6-27）沿沿著某一可逆循環(huán)過(guò)程作循環(huán)環(huán)積分，就就得到此循循環(huán)的表示示式（6-28）對(duì)于任何不不可逆循環(huán)環(huán)因此將式(6-28)和和式(6-29)合合并,得（6-30）

式中符號(hào)表示循環(huán)過(guò)程；稱為微分過(guò)程的熱溫商。式(6-30)即為Clausius不等式。（6-29））Clausius(1822-1888)因此此不可可逆逆循循環(huán)環(huán)（6-31））由式式（（6-28））可可導(dǎo)導(dǎo)得得可逆逆過(guò)過(guò)程程的的熱熱溫溫商商等等于于熵熵變變式（（6-31））就就是是熱熱力力學(xué)學(xué)第第二二定定律律的的數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)表表達(dá)達(dá)式式，，它它給給出出任任何何過(guò)過(guò)程程的的熵熵變變與與過(guò)過(guò)程程的的熱熱溫溫商商之之間間的的關(guān)關(guān)系系。。當(dāng)當(dāng)過(guò)過(guò)程程不不可可逆逆時(shí)時(shí)，，過(guò)過(guò)程程的的熵熵變變總總是是大大于于過(guò)過(guò)程程的的熱熱溫溫商商。。由式式(6-29)可可導(dǎo)導(dǎo)得得不不可可逆逆過(guò)過(guò)程程的的熱溫溫商商小小于于熵熵變變，，即即兩式式合合并并：：式（（6-32））是是熵增增原原理理的表表達(dá)達(dá)式式。。當(dāng)體體系系和和環(huán)環(huán)境境經(jīng)經(jīng)歷歷任任何何變變化化后后，，熵熵的的總總量量只只會(huì)會(huì)增增加加，，永永不不減減少少。。即孤孤立立體體系系經(jīng)經(jīng)歷歷一一個(gè)個(gè)過(guò)過(guò)程程時(shí)時(shí)，，總總是是自自發(fā)發(fā)地地向向熵熵增增大大的的方方向向進(jìn)進(jìn)行行，，直直至至熵熵達(dá)達(dá)到到它它的的最最大大值值，，體體系系達(dá)達(dá)到到平平衡衡態(tài)態(tài)。。對(duì)于于孤立體體系系（將將體體系系與與環(huán)環(huán)境境加加在在一一起起）），，δQ＝0，則則式式（（6-31））變變?yōu)闉椋?-32））或因?yàn)闉槭鞘墙^絕熱熱過(guò)過(guò)程程，，體體系系與與環(huán)環(huán)境境之之間間沒(méi)沒(méi)有有熱熱量量的的交交換換：：對(duì)不可可逆逆絕絕熱熱過(guò)過(guò)程程，根根據(jù)據(jù)熵熵增增原原理理：：例題題6-36-46.3.2熵熵平平衡衡以熱熱力力學(xué)學(xué)第第一一定定律律為為指指導(dǎo)導(dǎo),以能能量量方方程程式式為為依依據(jù)據(jù)的的能能量量恒恒算算法法在在分分析析與與解解決決工工程程上上的的問(wèn)問(wèn)題題是是十十分分重重要要的的,它從從能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換的的數(shù)數(shù)量量關(guān)關(guān)系系評(píng)價(jià)價(jià)過(guò)過(guò)程程和和裝裝置置在在能能量量利利用用上上的的完完善善性性；；然然而而它它對(duì)對(duì)于于揭揭示示過(guò)過(guò)程程不不可可逆逆引引起起的的能能量量損損耗耗，，則則毫毫無(wú)無(wú)辦辦法法。。根據(jù)據(jù)熱熱力力學(xué)學(xué)第第二二定定律律，，能能量量的的傳傳遞遞和和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換必必須須加加上上一一些些限制制。熵熵就就是是用用以以計(jì)計(jì)算算這這些些限限制制的的。。熵熵平平衡衡就就是是用用來(lái)來(lái)檢檢驗(yàn)驗(yàn)過(guò)過(guò)程程中中熵熵的的變變化化，，它它可可以以精精確確地地衡衡量量過(guò)過(guò)程程的的能能量量利利用用是是否否合合理理。。體系系經(jīng)經(jīng)歷歷一一個(gè)個(gè)過(guò)過(guò)程程后后，，其其能能量量、、質(zhì)質(zhì)量量和和體體積積可可以以發(fā)發(fā)生生變變化化。。同同樣樣地地，，也也可可以以導(dǎo)導(dǎo)致致熵熵的的變變化化。。類類同同能能量量平平衡衡的的處處理理方方法法，，需需要要建建立立熵熵平平衡衡關(guān)關(guān)系系式式，，所所不不同同的的是是必必須須把把過(guò)程程不不可可逆逆性性而而引引起起的的熵熵產(chǎn)產(chǎn)生生作為為輸輸入入項(xiàng)項(xiàng)考考慮慮進(jìn)進(jìn)去去。。熵產(chǎn)產(chǎn)生生是是由由于于過(guò)過(guò)程程的的不可可逆逆性性而引引起起的的那那部部分分熵熵變變。。熵產(chǎn)產(chǎn)生生封閉閉系系統(tǒng)統(tǒng)熵產(chǎn)產(chǎn)生生減減少少了了系系統(tǒng)統(tǒng)對(duì)對(duì)外外做做功功的的能能力力。。熵熵產(chǎn)產(chǎn)生生越越大大，，造造成成能量量品品位位降降低低越多多。。如：：原原來(lái)來(lái)可可以以變變?yōu)闉楣Φ哪悄遣坎糠址帜苣芰苛孔冏兂沙闪肆宋椅覀儌儾徊荒苣芾糜玫牡臒?，，從而而產(chǎn)產(chǎn)生生了了熵熵熵產(chǎn)產(chǎn)生生（1）敞開(kāi)開(kāi)體體系系熵熵平平衡衡方方程程式中中熵熵積累累是指指體體系系的的熵熵變變，，是是體體系系由由于于不不穩(wěn)穩(wěn)定定流流動(dòng)動(dòng)所所積積累累的的；；熵熵產(chǎn)生生是體體系系內(nèi)內(nèi)部部不不可可逆逆性性引引起起的的熵熵變變；；熵熵進(jìn)入入與熵熵離開(kāi)開(kāi)是進(jìn)進(jìn)入入體體系系與與離離開(kāi)開(kāi)體體系系的的熵熵，，分分別別包包含含由由于于質(zhì)質(zhì)量量進(jìn)進(jìn)、、出出體體系系而而帶帶入入、、帶帶出出的的一一部部分分熵熵流流動(dòng)動(dòng)（（miSi）和和隨隨δQ的熱熱流流動(dòng)動(dòng)產(chǎn)產(chǎn)生生的的熵熵流流動(dòng)動(dòng)。。（6-33））式（6-33）中

為熱熵流，流入體系為正，離開(kāi)體系為負(fù)。該式適用于任何熱力學(xué)體系，對(duì)于不同體系可進(jìn)一步簡(jiǎn)化。熵平衡方方程式可可寫(xiě)成（2）封閉體系系熵平衡衡方程（6-34））因如果是可可逆過(guò)程程，⊿S產(chǎn)生＝0，則式（6-33））簡(jiǎn)化為為熵的定義義式（3）穩(wěn)態(tài)流動(dòng)動(dòng)體系熵熵平衡方方程因體系本本身狀態(tài)態(tài)不隨時(shí)時(shí)間而變變⊿S體系＝熵積累＝0（6-35））6.4理理想功功、損失失功化工生產(chǎn)產(chǎn)中，人人們希望望合理、、充分地地利用能能量，提提高能量量利用率率，以獲獲得更多多的功。。損失功法法：是以熱力學(xué)第第一定律律為基礎(chǔ)礎(chǔ)，與理想想功進(jìn)行行比較，，用熱效效率評(píng)價(jià)價(jià)。有效能分分析法：：將熱力學(xué)第第一定律律，熱力力學(xué)第二二定律結(jié)合起來(lái)來(lái)，對(duì)化化工過(guò)程程每一股股物料進(jìn)進(jìn)行分析析，是用用有效能能效率評(píng)評(píng)價(jià)。目前進(jìn)行行化工過(guò)過(guò)程熱力力學(xué)分析析的方法法大致有有兩種：6.4.1理理想功體系從一一個(gè)狀態(tài)態(tài)變到另另一狀態(tài)態(tài)時(shí)，可可以通過(guò)過(guò)各種過(guò)過(guò)程來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)當(dāng)經(jīng)歷的的過(guò)程不不同時(shí)，，其所能能產(chǎn)生（（或所消消耗）的的功是不不同的，，一個(gè)完完全可逆逆的產(chǎn)功功過(guò)程可可產(chǎn)出最最大有用用功；而而一個(gè)完完全可逆逆的需功功過(guò)程，，僅消耗耗最小功功。理想功體系的狀態(tài)變變化是在一定定的環(huán)境條件件下按完全可可逆的過(guò)程進(jìn)進(jìn)行時(shí)，理論論上可能產(chǎn)生生的最大有用用功或者必須須消耗的最小小功。完全可逆過(guò)程程①體系內(nèi)部部一切的變化化必須可逆；；②體系只與與溫度為T(mén)0的環(huán)境進(jìn)行可可逆的熱交換換。T0的環(huán)境——環(huán)繞我們四周周的大氣(是特別指定的的)因而，理想功功是一個(gè)理論論的極限值，，是用來(lái)作為為實(shí)際功的比比較標(biāo)準(zhǔn)。T0——大氣的溫度，，常溫（298K或293K）因假定過(guò)程是是完全可逆，，（1）非流動(dòng)過(guò)程對(duì)于非流動(dòng)過(guò)過(guò)程，熱力學(xué)學(xué)第一定律的的表達(dá)式為（6-36）Q對(duì)體系為正，，則對(duì)環(huán)境為為負(fù)，數(shù)值相相等，符號(hào)相相反。體系所處的環(huán)環(huán)境構(gòu)成了一一個(gè)溫度為T(mén)0的恒溫?zé)嵩础?。將式?-37）代入式（6-36），即得（6-37）式中WR為體系對(duì)環(huán)境境或環(huán)境對(duì)體體系所做的可可逆功。它包包括可以利用用的功及體系系對(duì)抗大氣壓壓力p0所作的膨脹功功p0⊿V。后者無(wú)法加加以利用，沒(méi)沒(méi)有技術(shù)經(jīng)濟(jì)濟(jì)價(jià)值，在計(jì)計(jì)算理想功時(shí)時(shí)應(yīng)把這部分分功除外；相相反，在壓縮縮過(guò)程中，接接受大氣所給給的功是很自自然的，并不不需要為此付付出任何代價(jià)價(jià)。則（6-38）由式可見(jiàn)，非非流動(dòng)過(guò)程的的理想功僅與與體系變化前前后的狀態(tài)及及環(huán)境的溫度度(T0)和壓力(p0)有關(guān)，而與具具體變化途徑無(wú)關(guān)。因此，非流動(dòng)過(guò)程的的理想功（6-39）說(shuō)明：理想功的符號(hào)號(hào)與功相同膨脹過(guò)程:⊿V>0，p0⊿V>0;而⊿U－T0⊿S<0，加p0⊿V實(shí)為相減壓縮過(guò)程:⊿V<0，p0⊿V<0;而⊿U－T0⊿S>0，加p0⊿V實(shí)為相減無(wú)數(shù)個(gè)小型卡諾熱機(jī)周圍自然環(huán)境（溫度）可逆的穩(wěn)流過(guò)程狀態(tài)11狀態(tài)22（2）穩(wěn)態(tài)流流動(dòng)過(guò)程做功衡算：忽略動(dòng)、位能變化，則：或穩(wěn)流系的熵平平衡式：可逆穩(wěn)流過(guò)程程：，即——穩(wěn)流過(guò)程理想想功的計(jì)算式式只要始、終態(tài)態(tài)一定（T0、p0基本是常數(shù)）），則過(guò)程的的理想功就一一定。理想功的大小小與完成相同同狀態(tài)變化的的實(shí)際過(guò)程做做的功無(wú)關(guān)，，也與該實(shí)際際過(guò)程是否作作功無(wú)關(guān)。必須指出，，理想功和和可逆功并并非同一個(gè)個(gè)概念。理理想功是可可逆有用功功，并不不等于可逆逆功由式可知，，穩(wěn)流過(guò)程的的理想功僅僅決定于體體系的初態(tài)態(tài)與終態(tài)以以及環(huán)境的的溫度，而而與具體的的變化途徑徑無(wú)關(guān)。例題6-6試計(jì)算非流流動(dòng)過(guò)程中中1KmolN2從813K、4.052MPa變至373K、1.013MPa時(shí)可能做的的理想功。。若氮?dú)馐鞘欠€(wěn)定流動(dòng)動(dòng)過(guò)程，理理想功又是是多少？設(shè)設(shè)大氣的T0=293K、p0=0.1013MPa，N2的等壓熱容容(Cp)N2=27.89+4.271××10-3TkJ/(kmol?K)。解：據(jù)式（6-39）來(lái)計(jì)算非流動(dòng)過(guò)程程中的理想功功（6-39）⊿U的值不知道道，但⊿U＝⊿H－⊿（pV）所以設(shè)氮?dú)庠?13K、4.052MPa及373K、1.013MPa狀態(tài)下可應(yīng)應(yīng)用理想氣氣體狀態(tài)方方程，則即為氮?dú)庠谠诜橇鲃?dòng)過(guò)過(guò)程中所能能做出的最最大功為6046.39kJ/kmol。得從計(jì)算結(jié)果果可以看出出，該穩(wěn)流流體系每kmolN2所放出的總總能量為⊿H=－13386kJ，其中可做做功的能量量為9845.7kJ，其余的3540.3kJ不能做功，，排給了溫溫度為T(mén)0的環(huán)境。因因此，對(duì)能能量用于做做功而言，，總能量中中的9845.7kJ是有效的，，而3540.3kJ則是無(wú)效的的。氮?dú)庠诜€(wěn)定流動(dòng)過(guò)過(guò)程中的理想功功，按式（（6-41）代代入有關(guān)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)計(jì)算而（6-13）（6-40）6.4.2損損失功損失功狀態(tài)變化相相同時(shí)，實(shí)際過(guò)過(guò)程比完全全可逆過(guò)程程少產(chǎn)生的的功或多消消耗的功。。（6-42）代入式（6-42），，因?yàn)闋顟B(tài)變化相相同（6-43））式中中，，Q為體體系系在在實(shí)實(shí)際際過(guò)過(guò)程程中中與與溫溫度度為為T(mén)0的環(huán)環(huán)境境所所交交換換的的熱熱量量。由于于環(huán)環(huán)境境可可以以視視為為熱熱容容量量極極大大的的恒恒溫溫?zé)釤嵩丛?，，所所以以Q雖是是實(shí)實(shí)際際過(guò)過(guò)程程中中所所交交換換的的熱熱量量，，對(duì)對(duì)環(huán)環(huán)境境來(lái)來(lái)說(shuō)說(shuō)，，可可視視為為可可逆逆熱熱量量，，⊿S環(huán)境境＝－－Q/T0（因因環(huán)環(huán)境境所所吸吸入入或或放放出出的的熱熱量量，，其其數(shù)數(shù)值值與與體體系系放放出出或或吸吸入入的的相相等等而而符符號(hào)號(hào)相相反反）），，所所以以代入入式式（（6-43）），，得得按照照熱熱力力學(xué)學(xué)第第二二定定律律，，⊿Sg≥0，則則上式式表表明明損損失失功功也也是是過(guò)過(guò)程程可可逆逆與與否否的的標(biāo)標(biāo)志志，，當(dāng)WL＝0，過(guò)過(guò)程程可可逆逆；；WL>0，過(guò)過(guò)程程不不可可逆逆。。過(guò)程程的的推推動(dòng)動(dòng)力力越越大大，，過(guò)過(guò)程程的的不不可可逆逆性性愈愈大大，，則則總總熵熵的的增增加加愈愈大大，，不不能能用用于于做做功功的的能能量量即即損損失失功功也也愈愈大大。。因此，，每個(gè)個(gè)不可可逆性性都是是有其其代價(jià)價(jià)的。。（以以能量量的降級(jí)為代價(jià)價(jià)）。。（6-44b））6.4.3熱熱力力學(xué)效效率實(shí)際過(guò)過(guò)程的的能量量利用用情況況可通通過(guò)損損失功功來(lái)衡衡量，，也可可以用用熱力力學(xué)效效率ηT加以評(píng)評(píng)定。。（6-46）（6-45）從式（（6-45）和和式（（6-46）不不難看看出，，熱力力學(xué)效效率ηT必然小小于1，它它表示示真實(shí)實(shí)過(guò)程程與可可逆過(guò)過(guò)程的的差距距。對(duì)對(duì)Wid、WL和ηT進(jìn)行計(jì)計(jì)算，，搞清清在過(guò)過(guò)程的的不同同部位位WL的大小小，這這是化化工過(guò)過(guò)程進(jìn)進(jìn)行熱熱力學(xué)學(xué)分析析的內(nèi)內(nèi)容，，從而而指導(dǎo)導(dǎo)化