开口系统稳定流动能量方程式及其应用

稳定流动能量方程式稳定流动：流体内任一点的状态均不随时间发生改变的流动。必须：（1）工质的质量流量保持不变（单位时间内流进系统的工质质量与流出系统的工质质量相等，且等于常数）（2）单位时间内加入热力系的热量及热力系对外的功量都不随时间发生变化。稳定流动条件

稳定流动的能量方程式进入系统的能量：离开系统的能量：系统储存能量的变化：0∴〔〕-〔〕=0Z2Z1QWsmCf2Cf12211令焓轴功流动功对流动功(推挤功)的说明1、与宏观流动有关，流动停止，推挤功不存在2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化3、wf＝pv与所处状态有关，是状态量4、并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起，而由外界做出，是流动工质所携带的能量可理解为：由于工质的进出，外界与系统之间所传递的一种机械功，表现为流动工质进出系统使所携带和所传递的一种能量令，整理得令，整理得开口系统稳定流动的能量方程式〔〕-〔〕=0技术功可以根据设备工作特点进行简化。应用于各种热工设备时，稳定流动能量方程式的应用热力学问题经常可忽略动、位能变化例：c1=1

m/sc2=30

m/s

(c22-c12)/

2=0.449

kJ/kgz1=0mz2=30mg(z2-z1)=0.3kJ/kg1bar下,

0

oC水的h1=84kJ/kg100oC水蒸气的

h2=2676kJ/kg火力发电装置锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器换热设备核电站：热交换器、凝汽器制冷、空调：蒸发器、冷凝器制冷空调装置

一、热交换器(锅炉）1、功用：交换热量2、工作特点：3、简化方程：热流体：放热，冷流体：吸热，（换热量等于焓差）冷流体h1h2h1’h2’热流体火力发电装置锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器燃气轮机压气机制冷空调压缩机动力机械二、动力机械1、功用：输出或消耗机械功2、工作特点：3、简化方程：热力发动机（蒸汽轮机、燃气轮机等）：工质膨胀对外输出轴功，压缩机械（泵、风机、压气机、压缩机等）：工质消耗外界轴功，三、特殊管道——喷管和扩压管1、功用：喷管将压能转换为动能；扩压管将动能转换为压能。2、工作特点：3、简化方程：喷管：扩压管：四、绝热节流1、原理：工质流经截面突然缩小的装置时，在缩口处流速突然增加，压力急剧下降，并在缩口处产生旋涡，流过缩口后流速减慢，压力又回升的现象。p2

阀门p1p1>p2管道孔板制冷空调装置活塞四、绝热节流过程2、工作特点:3、简化方程：即节流前后工质的焓值相等，但节流过程并非是等焓过程h1,p1p1>p2h2,p2例1：一台供热用锅炉，蒸发量为2T/h，给水进入锅炉时的焓h1=210kJ/kg，水蒸汽离开锅炉时的焓h2=2768kJ/kg。已知煤的发热量23000kJ/kg，锅炉的效率为70%，求每小时用煤量。解：1kg工质在锅炉中的吸热量为工质每小时吸热量为锅炉每小时用煤量为分析：以锅炉进出口截面为边界,此系统是一个开口系统稳定流动情况。锅炉为热交换器，根据其工作特点可采用简化方程例2：已知新蒸汽进入汽轮机时的焓h1=3232kJ/kg

，流速cf1=50m/s，作功后的乏汽排出汽轮机时的焓h2=2300kJ/kg，流速cf2=120m/s

，散热损失和位能变化可忽略不计。求：（1）每千克蒸汽流经汽轮机时所作的功；（2）蒸汽流量为10t/h时汽轮机发出的功率；（3）蒸汽在汽轮机进出口动能的变化占其作功量的百分数。解：（1）分析：以汽轮机进出口截面为边界,此系统是一个开口系统稳定流动情况。此时的工作特点是方程简化为(2)(3)讨论：由此可见，当进出口流速差为70m/s时，动能变化仅占输出功的0.64%，所以动能的变化在一般的情况下可忽略不计。例3：一台农用深井水泵，水的体积流量qv=45m3/h，水泵扬程p2-p1=18.8m，水泵效率=80%。求水泵需配多大功率的电动机。分析：以水泵进出口截面为边界,此系统是一个开口系统稳定流动情况。由于水的压缩性很小，可以认为进出口水的体积流量不变，且进出口水的动能和位能的变化可忽略不计。要给水泵配电动机，需要求出水泵消耗的功率，即轴功（技术功），所以此题的关键是求解技术功。可先按可逆过程求出理想技术功，再根据水泵效率求实际