熱力學(xué)第一定律和第二定律-開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動能量方程及其應(yīng)用

開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動能量方程一、開口系統(tǒng)與邊界的能量傳遞隨物質(zhì)傳遞的能量流動工質(zhì)本身具有的能量流動功(或推動功)為推動流體通過控制體界面而傳遞的機械功。一、開口系統(tǒng)與邊界的能量傳遞流動功出口處付出的推動功與入口處得到的推動功的差。流動功可以理解為開口系統(tǒng)維持流動所要付出的代價。用Wf表示。

Δwf=p2v2-p1v1單位工質(zhì)：二、穩(wěn)定流動能量方程的解析式穩(wěn)定流動：工質(zhì)流動時，流動狀況不隨時間改變穩(wěn)定流動條件一、開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動能量方程h的物理意義h是狀態(tài)參數(shù)，叫焓單位與u和pv相同。能量守恒原則：進(jìn)入系統(tǒng)的能量-離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)儲存能量的變化開口系中隨工質(zhì)流動而攜帶的、取決于熱力狀態(tài)的能量。對于質(zhì)量為mkg的工質(zhì)，焓用H來表示，單位是J對于mkg的工質(zhì)，公式（2-9）表示為：穩(wěn)定流動能量方程適用條件：任何流動工質(zhì)任何穩(wěn)定流動過程穩(wěn)定流動能量方程的應(yīng)用動力機常見設(shè)備：熱力發(fā)電機，如燃?xì)廨啓C、汽輪機；壓縮機械，如壓氣機、風(fēng)機、泵等。特點：由于采用了良好的保溫隔熱措施，通過設(shè)備外殼的散熱量極少，可認(rèn)為其中的熱力過程為絕熱過程。能量方程：穩(wěn)定流動能量方程的應(yīng)用換熱器HeatExchangers定義：實現(xiàn)冷熱流體熱量交換的設(shè)備。應(yīng)用：鍋爐、蒸發(fā)器、冷凝器、空氣冷卻器。（1）工質(zhì)與外界只有熱量交換，沒有功的交換。（2）進(jìn)出口工質(zhì)的動能變化忽略不計，q=△h=h2-h1工質(zhì)交換的熱量等于其焓的變化可逆流動：定壓過程。特點：穩(wěn)定流動能量方程的應(yīng)用渦輪機Turbine和壓氣機Compressor定義：特點：（1）渦輪機：工質(zhì)膨脹推動葉輪輸出機械功。（2）壓氣機：消耗機械功壓縮工質(zhì)。（1）工質(zhì)與外界只有機械功的交換，沒有熱量的交換。（2）進(jìn)出口工質(zhì)動能的變化可以忽略不計。表達(dá)式：Ws=h1-h2渦輪機：Ws

＞0，h1

＞h2。渦輪機輸出的軸功來自于工質(zhì)焓的減少。壓氣機：Ws

＜0，h1

＜h2。壓氣機消耗的軸功用于增加工質(zhì)的焓。其中：穩(wěn)定流動能量方程的應(yīng)用噴管和擴壓管NozzlesandDiffusers定義：特點：（1）噴管：利用流體壓降使流體加速的設(shè)備。（2）擴壓管：利用流體流速降低使流體壓力升高的設(shè)（2）與外界無軸功ws交換；（1）可簡化為一元穩(wěn)定流動；（3）無外界熱量交換可忽略。噴管流體動能的增量總是等于其焓降能量方程：注意噴管：c2＞c1，h2＜h1。工質(zhì)流經(jīng)噴管動能的增加全部來自于焓值的減少。擴壓管：c2＜c1，h2＞h1。工質(zhì)流經(jīng)擴壓管焓值的增加全部來自于動能的減少。例1某蒸汽輪機的噴管入口處蒸汽的比焓為2780KJ/kg，出口處的比焓2340KJ/kg。設(shè)蒸汽在噴管內(nèi)進(jìn)行絕熱膨脹，噴管入口處蒸汽流速為20m/s，求出口處的蒸汽流速。已知：c1求：c2解：

選擇噴管的進(jìn)、出口之間為開口系統(tǒng)若忽略入口流速c21c2c2注意由于噴管的進(jìn)口流速通常遠(yuǎn)小于出口流速，入口流速可以忽略不計須注意的h單位必須與的單位統(tǒng)一為J。c2例2工質(zhì)以c1=3m/s的速度通過截面f1=45c㎡的管道進(jìn)入動力機。已知進(jìn)口處p1=689.48kPa，v1=0.3373m3/kg，u