穩定狀態流動過程

流體流動途徑所有各點的狀況都相等,且不隨時間而變化,即所有質量和能量的流率均為常量,系統中沒有物料和能量的積累,稱為穩定狀態流動過程。

基本信息

簡介

流體流動途徑所有各點的狀況都相等,且不隨時間而變化,即所有質量和能量的流率均為常量,系統中沒有物料和能量的積累,稱為穩定狀態流動過程。

工作過程

穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程
穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程

pV稱為“流動功”,流動所做功是軸功和淨流動功之和。

穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程
穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程
穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程

在熱力學的許多套用中,動能和勢能與其他能量相比是比較小的,若略去不計,可得

穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程

可逆軸功表達式為:

穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程
功在p-V圖上的表示 功在p-V圖上的表示
穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程

可逆體積功:

穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程

可逆軸功:

舉例

將90℃的熱水,以12m /h速率從儲罐1輸送到高度為15m的儲罐2,熱水泵的電動機功率為1.5kW,並且熱水經過一個冷卻器,放出熱量的速率為2.5×106kJ/h .試問:儲罐2的水溫度是多少?

解:此例題是穩定狀態流動過程式的套用,水在儲罐的流動速度很慢,可以忽略動能變化,其他能量項單位為kJ·kg 。

從水性質表中可查得,90℃時水的密度為965.3kg·m ,則水的質量流率為965.3×12=11583.6kg·h

得到放出的熱量:

穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程

軸功:

穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程

勢能:

穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程

將上述各項代入穩定狀態流動過程式得:

穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程

從飽和水性質表中可查得90℃時飽和液體的焓:

穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程
穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程

再從飽和水性質表中可內插查到此時的溫度約為38.5℃。

穩定狀態流動系統的熵平衡

基本知識

熵增原理:自發過程的不可逆過程只能向著總熵增加的方向進行,最終趨向平衡態。此時總熵變達到最大值,即△St=0達到了過程的終點。

在封閉系統中進行的任何過程:

穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程
穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程

對孤立系統, 。 ≥0。

熵產:系統在不可逆過程中,有序的能量耗散為無序的熱能(如摩擦等),並為系統吸收而導致系統熵的增加,這部分熵稱為熵產生,記為△Sg。

穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程
穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程

熵流:若有熱量流入或流出系統,則必定伴有相應的熵變化,記為△S或dS。

穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程

熵流可為正、為負、為零。

敞開體系熵平衡簡圖

穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程

對穩定狀態流動過程,系統熵的累積為0:

穩定狀態流動過程 穩定狀態流動過程

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