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第 I 篇 環(huán)境工程原理基礎,第I篇 環(huán)境工程原理基礎,在環(huán)境污染控制工程領域，無論是水處理、廢氣處理和固體廢棄物處理處置，還是給水排水管道工程，都涉及流體流動和熱量、質量傳遞現(xiàn)象。,流體流動：輸送流體、沉降分離流體中顆粒物， 污染物的過濾分離等 熱量傳遞：加熱、冷卻、干燥、蒸發(fā)以及管道、設備的保溫等 質量傳遞：吸收、吸附、吹脫、膜分離以及生物、化學反應等,第I篇 環(huán)境工程原理基礎,本篇主要講述質量衡算、能量衡算等環(huán)境工程中分析問題的基本方法，以及流體流動和熱量、質量傳遞的基礎理論。,系統(tǒng)掌握流體流動和熱量、質量傳遞過程的基礎理論，對優(yōu)化污染物的分離和轉化過程、提高污染控制工程的效率具有重要意義。,本篇主要內(nèi)容,第二章 質量衡算與能量衡算 第三章 流體流動 第四章 熱量傳遞 第五章 質量傳遞,第I篇 環(huán)境工程原理基礎,第二章 質量衡算與能量衡算,第二章 質量衡算與能量衡算,第一節(jié) 常用物理量 常用物理量及單位換算 常用物理量及其表示方法 第二節(jié) 質量衡算 衡算系統(tǒng)的概念 總質量衡算方程 第三節(jié) 能量衡算 總能量衡算方程 熱量衡算方程,本章主要內(nèi)容,一、計量單位 二、物理量的單位換算 三、量綱和無量綱準數(shù) 四、常用物理量及其表示方法,本節(jié)的主要內(nèi)容,第一節(jié) 常用物理量,第一節(jié) 常用物理量,一、計量單位,,第一節(jié) 常用物理量,當采用其它單位制時，將各物理量的單位代入定義式中，得到的k不等于1。例如，上例中，若距離的單位為cm，則k=0.01。,按照國際單位制規(guī)定，取k=1，則力的導出單位為,第一節(jié) 常用物理量,導出單位,表2.1.3 國際單位制中規(guī)定了若干具有專門名稱的導出單位,,,第一節(jié) 常用物理量,同一物理量用不同單位制的單位度量時，其數(shù)值比稱為換算因數(shù),例如1m長的管用英尺度量時為3.2808ft，則英尺與米的換算因數(shù)為3.2808。,二、物理量的單位換算,第一節(jié) 常用物理量,第一節(jié) 常用物理量,解：根據(jù)附錄，1kcal＝4186.8 Ws，1h=3600s；1℃表示溫差為1℃，用K表示溫度時，溫差為1K。因此 1kcal/（m2h℃）＝4186.8/3600 W/(m2K)＝1.163 W/(m2K) 1cm/s＝0.01m/s,第一節(jié) 常用物理量,(一)量綱,用來描述物體或系統(tǒng)物理狀態(tài)的可測量性質稱為它的量綱。,量綱與單位的區(qū)別： 量綱是可測量的性質； 單位是測量的標準，用這些標準和確定的數(shù)值可以定量地描述量綱。,可測量物理量可以分為兩類：基本量和導出量。,三、量綱和無量綱準數(shù),第一節(jié) 常用物理量,基本量綱: 質量、長度、時間、溫度的量綱，分別以M、L、t和T表示，簡稱MLtT量綱體系。,【物理量】表示該物理量的量綱，不指具有確定數(shù)值的某一物理量。利用量綱所建立起來的關系是定性的而不是定量的。,第一節(jié) 常用物理量,(二)無量綱準數(shù),由各種變量和參數(shù)組合而成的沒有單位的群數(shù)，稱為無量綱準數(shù)。,無量綱準數(shù)既無量綱，又無單位，其數(shù)值大小與所選單位制無關。只要組合群數(shù)的各個量采用同一單位制，都可得到相同數(shù)值的無量綱準數(shù)。,,,Re=,標準提法是量綱為1,第一節(jié) 常用物理量,通過對影響某一過程和現(xiàn)象的各種因素（物理量）進行量綱分析，將物理量表示成為若干個無量綱準數(shù)，然后借助實驗數(shù)據(jù)，建立這些無量綱變量之間的關系式。,第一節(jié) 常用物理量,參考內(nèi)容:量綱分析法,,,,第一節(jié) 常用物理量,參考內(nèi)容:量綱分析法,雷諾數(shù)，代表慣性力與粘性力的比值，反映流動特性；,歐拉數(shù)，代表阻力損失引起的壓降與慣性力之比。,管路的長徑比，反映幾何尺寸的特性,絕對粗糙度與管徑之比，稱為相對粗糙度,,,,,通過實驗，回歸求取關聯(lián)式中的待定系數(shù),“黑箱”模型法,第一節(jié) 常用物理量,參考內(nèi)容:量綱分析法,,,例如：氨的水溶液的濃度,氨的物質的量/溶液的物質的量,四、常用物理量,第一節(jié) 常用物理量,(一)濃度,1．質量濃度與物質的量濃度 （1）質量濃度ρA ，ρ （2）物質的量濃度cA ， c,,,組分A的摩爾質量,,第一節(jié) 常用物理量,(2.1.2),(2.1.4),(2.1.5),在水處理中，污水中的污染物濃度一般較低，1L污水的質量可以近似認為等于1000g，所以實際應用中，常常將質量濃度和質量分數(shù)加以換算，即 1mg/L 相當于1mg/1000g ＝110-6（質量分數(shù)）= 1ppm 1μg/L 相當于1μg/1000g ＝110-9（質量分數(shù)）=1ppb,當污染物的濃度過高，導致污水的比重發(fā)生變化時，上兩式應加以修正，即 1mg/L 相當于1/污水的密度（質量分數(shù)） 1μg/L相當于1/污水的密度 （質量分數(shù)）,第一節(jié) 常用物理量,在大氣污染控制工程中，常用體積分數(shù)表示污染物質的濃度。例如mL/m3，則此氣態(tài)污染物質濃度為10-6。,1摩爾任何理想氣體在相同的壓強和溫度下有著同樣的體積，因此可以用體積分數(shù)表示污染物質的濃度，在實際應用中非常方便；同時，該單位的最大優(yōu)點是與溫度、壓力無關。,第一節(jié) 常用物理量,例如，10-6（體積分數(shù)）表示每106體積空氣中有1體積的污染物，這等價于每106摩爾空氣中有1摩爾污染物質。又因為任何單位摩爾的物質有著相同數(shù)量的分子，10-6（體積分數(shù)）也就相當于每106個空氣分子中有1個污染物分子。,對于氣體，體積分數(shù)和質量濃度之間的關系和壓力、溫度以及污染物質的分子量有關。對于理想氣體，可以用理想氣體狀態(tài)方程表示，即： 式中：p——絕對壓力，atm； VA——體積，m3； nA——物質的摩爾數(shù)，mol； R——理想氣體常數(shù)，0.082LatmK-1mol-1； T——絕對溫度，K。,第一節(jié) 常用物理量,(2.1.9),根據(jù)質量濃度的定義,,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,,,,體積分數(shù)和質量濃度之間的關系,？,第一節(jié) 常用物理量,(2.1.10),(2.1.11),(2.1.13),【例題2.1.3】在1atm、25℃條件下，某室內(nèi)空氣一氧化碳的體積分數(shù)為9.010-6。用質量濃度表示一氧化碳的濃度。,解：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，1mol空氣在1atm和25℃下的體積為,一氧化碳（CO）的分子質量為28g/mol，所以CO的質量濃度為,mg/m3,第一節(jié) 常用物理量,（2）摩爾分數(shù),組分A的摩爾分數(shù),混合物的總摩爾數(shù),,,組分A的摩爾數(shù),,當混合物為氣液兩相體系時，常以x表示液相中的摩爾分數(shù)，y表示氣相中的摩爾分數(shù),，,組分A的質量分數(shù)與摩爾分數(shù)的關系,第一節(jié) 常用物理量,(2.1.15b),(2.1.15a),(2.1.14),3．質量比與摩爾比,,組分A的質量比,混合物中惰性物質的質量,,,組分A的質量,,（當混合物中除組分A外，其余為情性組分時）,,,組分A與惰性組分的關系,第一節(jié) 常用物理量,(2.1.16),,,,,,組分A與惰性組分的關系,3．質量比與摩爾比,（當混合物中除組分A外，其余為情性組分時）,第一節(jié) 常用物理量,體積流量,質量流量,,一維流動 二維流動 三維流動,速度分布 平均速度,(二)流量,(三)流速,第一節(jié) 常用物理量,(2.1.21),(2.1.22),圓形管道,在管路設計中，選擇適宜的流速非常重要!!!。,一般地，液體的流速取0.5~3.0m/s,氣體則為10~30m/s。,速度分布,,,,流速影響流動阻力和管徑，因此直接影響系統(tǒng)的操作費用和基建費用。,第一節(jié) 常用物理量,(2.1.25),單位時間內(nèi)通過單位面積的物理量稱為該物理量的通量。通量是表示傳遞速率的重要物理量。,單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量，稱為熱量通量，單位為J/（m2s）； 單位時間內(nèi)通過單位面積的某組分的質量，成為該組分的質量通量，單位為kmol/（m2s）； 單位時間內(nèi)通過單位面積的動量，稱為動量通量，單位為N/m2。,(四)通量,第一節(jié) 常用物理量,第一節(jié) 常用物理量,（1）什么是換算因數(shù)？英尺和米的換算因素是多少？ （2）什么是量綱和無量綱準數(shù)？單位和量綱的區(qū)別是什么？ （3）質量分數(shù)和質量比的區(qū)別和關系如何？試舉出質量比的 應用實例。 （4）大氣污染控制工程中經(jīng)常用體積分數(shù)表示污染物的濃 度，試說明該單位的優(yōu)點，并闡述與質量濃度的關系。 （5）平均速度的涵義是什么？用管道輸送水和空氣時，較為 經(jīng)濟的流速范圍為多少？,思考題,一、衡算的基本概念 二、總質量衡算,本節(jié)的主要內(nèi)容,第二節(jié) 質量衡算,,分離、反應—— 分析物質流遷移轉化,?,某污染物,生物降解,,,輸入量－輸出量＋降解量=積累量,輸入量1,輸入量2,輸出量,降解量,積累量,第二節(jié) 質量衡算,一、衡算的基本概念,?,?,輸入速率－輸出速率＋轉化速率=積累速率,質量衡算的一般方程,轉化速率或反應速率——單位時間因生物或化學反應而轉化的質量。組分為生成物時為正值，質量增加,,,,,,,單位時間：,以某種元素或某種物質為衡算對象,第二節(jié) 質量衡算,(2.2.4),一、衡算的基本概念,(2.2.8),,污染物的生物降解經(jīng)常被視為一級反應，即污染物的降解速率與其濃度成正比。假設體積V中可降解物質的濃度均勻分布，則,反應速率常數(shù)，s-1或d-1,物質濃度,負號表示污染物隨時間的增加而減少,,,,體積,,反應速率,第二節(jié) 質量衡算,各種情況下的質量衡算,穩(wěn)態(tài)系統(tǒng) 非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng),組分發(fā)生反應 組分不發(fā)生反應,以某組分為對象 以全部部分為對象,以總質量表示 以單位時間質量表示,,第二節(jié) 質量衡算,二、總質量衡算,質量衡算方程的應用,1、需要劃定衡算的系統(tǒng) 2、要確定衡算的對象 3、確定衡算的基準 4、繪制質量衡算系統(tǒng)圖 5、注意單位要統(tǒng)一,,劃定衡算的系統(tǒng),確定衡算的對象,某組分,衡算的范圍,,,某組分，和全部組分,單位時間，某時間段內(nèi)，或一個周期,總衡算和微分衡算,,,第二節(jié) 質量衡算,——用來分析質量遷移的特定區(qū)域，即衡算的空間范圍,?環(huán)境設備或管道中一個微元體——微分衡算,?一個反應池、一個車間，或者一個湖泊、一段河流、一座城市上方的空氣，甚至可以是整個地球——總衡算,,(一)衡算系統(tǒng),第二節(jié) 質量衡算,質量衡算系統(tǒng)圖,單位要統(tǒng)一,第二節(jié) 質量衡算,【例題2.2.3】一個湖泊的容積為10.0106m3。有一流量為5.0m3/s、污染物濃度為10.0mg/L的受污染支流流入該湖泊.同時，還有一污水排放口將污水排入湖泊，污水流量為0.5m3/s，濃度為100mg/L。污染物的降解速率常數(shù)為0.20 d-1。假設污染物質在湖泊中完全混合，且湖水不因蒸發(fā)等原因增加或者減少。求穩(wěn)態(tài)情況下流出水中污染物的濃度。,解：假設完全混合意味著湖泊中的污染物濃度等于流出水中的污染物濃度,,,,,,,,(二)穩(wěn)態(tài)反應系統(tǒng),第二節(jié) 質量衡算,解：假設完全混合意味著湖泊中的污染物濃度等于流出水中的污染物濃度,,輸入速率,輸出速率,,降解速率,,,,第二節(jié) 質量衡算,(二)穩(wěn)態(tài)反應系統(tǒng),,,【例題】一條河流的上游流量為10m3/s，氯化物的濃度為20mg/L，有一條支流匯入，流量為5m3/s，其氯化物濃度為40mg/L。視氯化物為不可降解物質，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，計算匯合點下游河水中的氯化物濃度，假設在該點流體完全混合。 解：首先劃定衡算系統(tǒng)，繪制質量平衡圖,,第二節(jié) 質量衡算,(三)穩(wěn)態(tài)非反應系統(tǒng),氯化物的輸出速率為,氯化物的輸入速率為,第二節(jié) 質量衡算,解：根據(jù)質量衡算方程,,kg/s,kg,t=1518 s,第二節(jié) 質量衡算,≠0,(2.2.3),(二)非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng),穩(wěn)態(tài)流動的數(shù)學特征：,當系統(tǒng)中流速、壓力、密度等物理量只是位置的函數(shù)，不隨時間變化，稱為穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)；當上述物理量不僅隨位置變化，而且隨時間變化，稱為非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。,對于穩(wěn)態(tài)過程，內(nèi)部無物料積累,,,穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)與非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng),第二節(jié) 質量衡算,【例題】某污水處理工藝中含有沉淀池和濃縮池，沉淀池用于去除水中的懸浮物，濃縮池用于將沉淀的污泥進一步濃縮，濃縮池的上清液返回到沉淀池中。污水流量為5000m3/d，懸浮物含量為200mg/L，沉淀池出水中懸浮物濃度為20mg/L，沉淀污泥的含水率為99.8%，進入濃縮池停留一定時間后，排出的污泥含水率為96%，上清液中的懸浮物含量為100mg/L。假設系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，過程中沒有生物作用。求整個系統(tǒng)的污泥產(chǎn)量和排水量，以及濃縮池上清液回流量。污水的比重為1000kg/m3。,？,？,？,根據(jù)需要劃定衡算的系統(tǒng),第二節(jié) 質量衡算,已知,,=5000m3/d，,＝200mg/L，,＝20mg/L，,＝(100-96)/(100/1000)＝40(g/L)＝40000(mg/L),＝(100-99.8)/(100/1000)＝2(g/L)＝2000(mg/L),＝100mg/L,污泥含水率為污泥中水和污泥總量的質量比，因此污泥中懸浮物含量為,,,,第二節(jié) 質量衡算,(1)求污泥產(chǎn)量 以沉淀池和濃縮池的整個過程為衡算系統(tǒng)，懸浮物為衡算對象，因系統(tǒng)穩(wěn)定運行，輸入系統(tǒng)的懸浮物量等于輸出的量。,,輸入速率,輸出速率,,,,=22.5(m3/d),＝4977.5(m3/d),第二節(jié) 質量衡算,(2)濃縮池上清液量 取濃縮池為衡算系統(tǒng)，懸浮物為衡算對象,污泥含水率從99.8％降至96％,污泥體積由472.5 m3/d減少為22.5m3/d,相差20倍。,輸入速率,輸出速率,,=450(m3/d),＝472.5(m3/d),,,,第二節(jié) 質量衡算,【例題2.2.4】在一個大小為500m3的會議室里面有50個吸煙者，每人每小時吸兩支香煙。每支香煙散發(fā)1.4mg的甲醛。甲醛轉化為二氧化碳的反應速率常數(shù)為k＝0.40 h-1。新鮮空氣進入會議室的流量為1000m3/h，同時室內(nèi)的原有空氣以相同的流量流出。假設混合完全，估計在25℃、1atm的條件下，甲醛的穩(wěn)態(tài)濃度。并與造成眼刺激的起始濃度0.0510-6（體積分數(shù)）相比較。,第二節(jié) 質量衡算,輸入速率,輸出速率,降解速率,,,＝5021.4＝140mg/h,＝1000ρ＝1000ρ mg/h,,第二節(jié) 質量衡算,,,第二節(jié) 質量衡算,（1）進行質量衡算的三個要素是什么？ （2）簡述穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)和非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的特征。 （3）質量衡算的基本關系是什么？ （4）以全部組分為對象進行質量衡算時，衡算方程具有什么特征？ （5）對存在一級反應過程的系統(tǒng)進行質量衡算時，物質的轉化速率如何表示？,思考題,一、能量衡算方程 二、熱量衡算方程 三、封閉系統(tǒng)的熱量衡算方程 四、開放系統(tǒng)的熱量衡算方程,本節(jié)的主要內(nèi)容,第三節(jié) 能量衡算,水預熱系統(tǒng),?用熱水或蒸汽加熱水或污泥,?用冷水吸收電廠的廢熱,——水或污泥吸收熱量溫度升高,——冷卻水吸收熱量溫度升高,用量？,加熱時間？,流量？,溫度？,第三節(jié) 能量衡算,一、能量衡算方程,分析能量流,?流體輸送中，通過水泵對水做功，將水提升到高處,？,?流體在管道中流動，由于粘性產(chǎn)生摩擦力，消耗機械能，轉變?yōu)闊崃?？,？,？,兩大類問題：主要涉及物料溫度與熱量變化的過程 －冷卻、加熱、散熱 系統(tǒng)對外做功，系統(tǒng)內(nèi)各種能量相互轉化 －流體輸送,機械能衡算,熱量衡算,,第三節(jié) 能量衡算,（1）流體攜帶能量進出系統(tǒng),能量既不會消失也不能被創(chuàng)造。在給定的過程中，能量會發(fā)生形式上的改變,——開放系統(tǒng),——封閉系統(tǒng),能量輸入輸出的方式：,（2）系統(tǒng)與外界交換能量 （熱，功）,第三節(jié) 能量衡算,任何系統(tǒng)經(jīng)過某一過程時，其內(nèi)部能量的變化等于該系統(tǒng)從環(huán)境吸收的熱量與它對外所作的功之差，即,物料所具有的各種能量之和，即總能量,物料從外界吸收的熱量,物料對外界所作的功,,,,系統(tǒng)內(nèi)部物料能量的變化,,系統(tǒng)內(nèi)能量的變化 ＝（輸出系統(tǒng)的物料的總能量）－（輸入系統(tǒng)的物料的總能量）＋（系統(tǒng)內(nèi)物料能量的積累）,對于物料總質量 ：,第三節(jié) 能量衡算,(2.3.1),（輸出系統(tǒng)的物料的總能量）－（輸入系統(tǒng)的物料的總能量）＋（系統(tǒng)內(nèi)能量的積累）＝（系統(tǒng)從外界吸收的熱量）－（對外界所作的功）,對于單位時間：,（單位時間輸出系統(tǒng)的物料帶出的總能量）－（單位時間輸入系統(tǒng)的物料帶入的總能量）＋（單位時間系統(tǒng)內(nèi)能量的積累） ＝（單位時間系統(tǒng)從外界吸收的熱量）－（單位時間對外界所作的功）,第三節(jié) 能量衡算,對于單位質量物料：,第三節(jié) 能量衡算,＝0,,,,能量可用焓表示,(2.3.1),,,單位時間輸出系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶出的能量總和,單位時間輸入系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和,,,單位時間系統(tǒng)內(nèi)能量的積累,單位時間環(huán)境輸入系統(tǒng)的熱量，即系統(tǒng)的吸熱量,,,,,,對于單位時間：,第三節(jié) 能量衡算,(2.3.4),二、熱量衡算方程,物質的焓定義為,焓值是溫度與物態(tài)的函數(shù)，因此進行衡算時除選取時間基準外，還需要選取物態(tài)與溫度基準，通常以273K物質的液態(tài)為基準。,單位質量物質的焓,單位質量物質的內(nèi)能,物質所處的壓強,單位質量物質的體積,,,,,,,第三節(jié) 能量衡算,(2.3.5),封閉系統(tǒng)－與環(huán)境沒有物質交換的系統(tǒng) 大氣層、封閉的系統(tǒng)等,,,系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于內(nèi)部能量的積累,,,,,對物料總質量進行衡算,,,內(nèi)部能量的變化表現(xiàn)為？,第三節(jié) 能量衡算,三、封閉系統(tǒng)的熱量衡算,(2.3.4),,,,物料的比定壓熱容,,物料溫度改變,,物料的質量,,,,,無相變情況下表現(xiàn)為溫度的變化,（1）恒壓過程中，體系所吸收的熱量全部用于焓的增加，即,（2）恒容、不做非體積功的條件下，體系所吸收的熱量全部用于增加體系的內(nèi)能，即,物料的比定容熱容,,,第三節(jié) 能量衡算,三、封閉系統(tǒng)的熱量衡算,,,,物質的潛熱,,,,,對于固體或液體：,,熱量衡算方程,,,無相變情況下表現(xiàn)為溫度的變化,第三節(jié) 能量衡算,三、封閉系統(tǒng)的熱量衡算,【例題2.3.1】熱水器發(fā)熱元件的功率是1.5kW，將水20L從15℃加熱到65℃，試計算需要多少時間？假設所有電能都轉化為水的熱能，忽略水箱自身溫度升高所消耗的能量和從水箱向環(huán)境中散失掉的能量。,,系統(tǒng)吸收的熱量來自發(fā)熱元件，加熱時間為 ， 輸入的熱量為 Q＝1.5Δt＝1.5Δt kWh,水中能量的變化為,＝2014.18（65－15）＝4180 kJ,輸入的能量等于水中能量的變化,,,,水,＝0.77 h,第三節(jié) 能量衡算,解：以熱水器中水所占的體積為衡算系統(tǒng)，為封閉系統(tǒng)。,,kJ,第三節(jié) 能量衡算,－與環(huán)境既有物質交換又有能量交換的系統(tǒng),對于單位時間物料進行衡算,對于穩(wěn)態(tài)過程,第三節(jié) 能量衡算,四、開放系統(tǒng)的熱量衡算,(2.3.12),開放系統(tǒng),【例題2.3.3】在一列管式換熱器中用373K的飽和水蒸氣加熱某液體，液體流量為1000kg/h。從298K加熱到353K，液體的平均比熱容為3.56kJ/(kgK)。飽和水蒸氣冷凝放熱后以373 K的飽和水排出。換熱器向四周的散熱速率為10 000 kJ/h。試求穩(wěn)定操作下加熱所需的蒸氣量。,解：取整個換熱器為衡算系統(tǒng)，時間基準為1h，物態(tài)溫度基準為273K液體。,,第三節(jié) 能量衡算,四、開放系統(tǒng)的熱量衡算,373K飽和水的焓： 353K的液體：,第三節(jié) 能量衡算,輸入系統(tǒng)的物料的焓值包括：,設飽和水蒸氣用量為G kg/h，查得373K的飽和水蒸氣的焓為2677 kJ/kg，飽和水的焓為418.68 kJ/kg,,輸出系統(tǒng)的物料的焓值包括：,=－10000 kJ/h,解得G＝91.1 kg/h,飽和水蒸氣的焓： 298K的液體：,飽和水蒸氣的焓,298K的液體,,,353K的液體,,,373K飽和水的焓,Q,【例題2.3.4】一污水池內(nèi)有50m3的污水，溫度為15℃，為加速消化過程，需將其加熱到35℃。采用外循環(huán)法加熱，使污水以5 m3/h的流量通過換熱器，換熱器用水蒸氣加熱，其出口溫度恒定為100℃。假設罐內(nèi)污水混合均勻，污水的密度為1000kg/ m3，不考慮池的散熱，問污水加熱到所需溫度需要多少時間？,非穩(wěn)態(tài)過程,解：池中污水混合均勻，因此任意時刻從池中排出的污水溫度與池中相同，設其為T℃。以污水池為衡算系統(tǒng)，以0℃的污水為溫度物態(tài)基準。,輸出系統(tǒng)的焓,系統(tǒng)內(nèi)積累的焓,,,輸入系統(tǒng)的焓,,T,第三節(jié) 能量衡算,邊界條件：,℃,℃,h,,第三節(jié) 能量衡算,,,,,,,開放系統(tǒng)中能量變化率的計算：,第三節(jié) 能量衡算,第三節(jié) 能量衡算,物料經(jīng)過系統(tǒng)放出潛熱時，r為負值！,【例2.3.5】 燃煤發(fā)電廠將煤的化學能的三分之一轉化為電能，輸出電能1000MW。其余三分之二的化學能以廢熱的形式釋放到環(huán)境中，其中有15%的廢熱從煙囪中排出，其余85%的余熱隨冷卻水進入附近的河流中。如圖所示。河流上游的流速為100m3/s，水溫為20℃。試計算： （1）若冷卻水的溫度只升高了10℃，冷卻水的流量為多少？ （2）這些冷卻水進入河流后，河水的溫度將變化多少？,,,,,？,？,第三節(jié) 能量衡算,（1）以冷卻水為衡算對象,則冷卻水熱量的變化率為,水的密度為1000kg/m3，故水的體積流量為40.6 m3/s。,設冷卻水的質量流量為,冷卻水吸收熱量速率為,第三節(jié) 能量衡算,（2）以河流水為衡算對象，在100m3/s的流量下，吸收1700MW能量后河水溫度的變化為,河水溫度升高了4.1℃，變?yōu)?4.1℃。,第三節(jié) 能量衡算,第三節(jié) 能量衡算,（1）物質的總能量由哪幾部分組成？系統(tǒng)內(nèi)部能量的變化與環(huán)境的關系如何？ （2）什么是封閉系統(tǒng)和開放系統(tǒng)？ （3）簡述熱量衡算方程的涵義。 （4）對于不對外做功的封閉系統(tǒng)，其內(nèi)部能量的變化如何表現(xiàn)？ （5）對于不對外做功的開放系統(tǒng)，系統(tǒng)能量能量變化率可如何表示？,思考題,