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1、时间：时间：2014 年年9月月1日日过程节能技术与装备过程节能技术与装备 第二章第二章 过程节能的基本原理过程节能的基本原理2.12.1概论概论2.22.2基本概念基本概念2.32.3热力学第一定律热力学第一定律2.42.4热力学第二定律热力学第二定律2.52.5理想功和损失功理想功和损失功2.62.6能量的能量的火用火用分析方法分析方法2.72.7节能理论的新进展节能理论的新进展2.82.8节能原理的指导意义节能原理的指导意义2.1 概论概论化工过程：通过物理和化学过程把化工原料加工成产品的过程。化工过程：通过物理和化学过程把化工原料加工成产品的过程。这一个过程需要能量的推动；这一个过程需
2、要能量的推动；研究过程中能量的转换、利用、回收，分析化工过程用能特点研究过程中能量的转换、利用、回收，分析化工过程用能特点和规律，提出节能方案措施。和规律，提出节能方案措施。热力学分析方法热力学分析方法能量衡算法能量衡算法熵分析法熵分析法热力学分析方法热力学分析方法能量衡算法能量衡算法熵分析法熵分析法有效能分析方法（火用分析法）有效能分析方法（火用分析法）节能的正确涵义就是节约有效能。节能的正确涵义就是节约有效能。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2.2 基本概念基本概念2.2.1 能量形式
3、能量形式2.2.2 热力系统热力系统2.2.3 基准状态基准状态2.2.4 平衡状态平衡状态2.2.5 可逆过程可逆过程2.2.1 能量形式能量形式（1 1）内能）内能（2 2）动能）动能（3 3）重力势能）重力势能（4 4）热）热（5 5）功）功传递能传递能储存能储存能 能量是物质固有的特性，在热力学研究中，所涉及的能量能量是物质固有的特性，在热力学研究中，所涉及的能量有以下有以下5 5种：种：能量按一般的分类方法，可分为能量按一般的分类方法，可分为6 6种：机械能（包括动能种：机械能（包括动能和势能）、和势能）、热能热能、电能、辐射能、化学能、核能。、电能、辐射能、化学能、核能。特别注意的
4、是：绝大多数的一次能源首先经过热的形式被利特别注意的是：绝大多数的一次能源首先经过热的形式被利用，因此技能工作中十分关注热能的转换及利用问题。用，因此技能工作中十分关注热能的转换及利用问题。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2.2.2 热力系统热力系统定义：定义：热力学研究中作为分析对象选取的某特定范围内的物热力学研究中作为分析对象选取的某特定范围内的物质或空间。质或空间。、敞开系：系统与外界既有物质交换又有能量交换的热力系统。敞开系：系统与外界既有物质交换又有能量交换的热力系统。、封闭系：
5、系统与外界只有能量交换而无物质交换的热力系统。、封闭系：系统与外界只有能量交换而无物质交换的热力系统。、绝热系：系统与外界无热量交换的热力系统。、绝热系：系统与外界无热量交换的热力系统。、孤立系：系统与外界既无能量交换又无物质交换的热力系统。、孤立系：系统与外界既无能量交换又无物质交换的热力系统。说明：孤立系一定是绝热系，但绝热系不一定是孤立系说明：孤立系一定是绝热系，但绝热系不一定是孤立系 从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2.2.3 基准状态基准状态物理基准态l基准温度，环境温度，T02
6、98.15K（25oC）l基准压力，环境压力，p01atm（101.3kPa）l基准相态，基准压力和温度下，物质所呈现的相态。化学基准态 化学能量（）是由于系统的组成物质及成分与环境不同而引起的。l基准物 基准物是在环境状态下处于平衡的、最稳定的物质。l基准物的特点（1）每种元素都有其相应的基准物；（2）环境（大气、海洋、地表）中能存在的物质；（3）基准物之间不可能发生任何自发的化学变化；（4）各种基准物都应是相应元素的最稳定物质，其能量值（）为0。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2.2.
7、4 平衡状态平衡状态 一个系统在不受外界影响的条件下，如果它的宏观性质不再随时间变一个系统在不受外界影响的条件下，如果它的宏观性质不再随时间变化，我们就说这个系统处于热力学平衡态。化，我们就说这个系统处于热力学平衡态。平衡态是系统宏观状态的一种特殊情况。从微观上看每个分子并未处平衡态是系统宏观状态的一种特殊情况。从微观上看每个分子并未处在平衡状态，仍在无规运动。系统处在平衡态时，其大量分子的微观量在平衡状态，仍在无规运动。系统处在平衡态时，其大量分子的微观量及其各种函数的统计平均值则是既稳定又均匀。及其各种函数的统计平均值则是既稳定又均匀。孤立系统不一定是平衡状态孤立系统不一定是平衡状态满足热
8、力学平三满足热力学平三个条件个条件热平衡热平衡力平衡力平衡化学平衡化学平衡从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2.2.5 可逆过程可逆过程 定义：定义：可逆过程是指可逆过程是指热力学系统热力学系统在状态变化时经历的一种理想过在状态变化时经历的一种理想过程。热力学系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态后，程。热力学系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态后，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即使系统回到原如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即使系统回到原来状态，同时又
9、完全消除原来过程对外界所产生的一切影响，则原来状态，同时又完全消除原来过程对外界所产生的一切影响，则原来的过程称为可逆过程来的过程称为可逆过程 。过程无限缓慢，为准静态过程；过程无限缓慢，为准静态过程；过程无限缓慢，为准静态过程；过程无限缓慢，为准静态过程；没有耗散力作功，即没有摩擦发生。没有耗散力作功，即没有摩擦发生。没有耗散力作功，即没有摩擦发生。没有耗散力作功，即没有摩擦发生。可逆过程的条件可逆过程的条件可逆过程的条件可逆过程的条件从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2.3 热力学第一定
10、律热力学第一定律2.3.1 热力学第一定律及表达形式热力学第一定律及表达形式2.3.2 封闭系统的能量平衡方程封闭系统的能量平衡方程2.3.3 稳流系统的能量平衡方程稳流系统的能量平衡方程2.3.4 稳流系统的能量平衡方程的实际应用稳流系统的能量平衡方程的实际应用2.3.5 轴功及其计算轴功及其计算2.3.6 热量平衡热量平衡从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2.3 能量与热力学第一定律输入系统的能量输出系统的能量 系统储存能量的变化闭口系统能量衡算U Q-Wdu q w微分形式u q w单
11、位质量形式从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2.3 能量与热力学第一定律输入系统的能量输出系统的能量 系统储存能量的变化QWm1m2一般开口系统的能量衡算式：式中输入系统的能量输出系统的能量 系统储存能量的变化QWm1m2一般开口系统的能量衡算式：从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2.3.3 稳流系统的能量平衡方程稳流系统的能量平衡方程在稳定流动的条件下，dU系统0，m1 m2能量衡算式为
12、对于单位质量为对于多股物质流进出开口体系时从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2.3.4 稳流系统的能量平衡方程的实际应用稳流系统的能量平衡方程的实际应用（1 1）可忽略的动能、势能项的设备（压缩机、透平机、泵等）可忽略的动能、势能项的设备（压缩机、透平机、泵等）（2 2）绝大多数的化工静设备（管道、阀门、换热器等）绝大多数的化工静设备（管道、阀门、换热器等）或或（3 3）绝热、无功且可忽略）绝热、无功且可忽略 的静设备的静设备 当流体经节流膨胀、绝热混合、绝热反应等过程，与环当流体经节流膨胀
13、、绝热混合、绝热反应等过程，与环境无功、无热交换；境无功、无热交换；从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2.3.6 轴功及其计算轴功及其计算（1 1）可忽略的动能、势能项的设备（压缩机、透平机、泵等）可忽略的动能、势能项的设备（压缩机、透平机、泵等）（2 2）绝大多数的化工静设备（管道、阀门、换热器等）绝大多数的化工静设备（管道、阀门、换热器等）或或（3 3）绝热、无功且可忽略）绝热、无功且可忽略 的静设备的静设备 当流体经节流膨胀、绝热混合、绝热反应等过程，与环当流体经节流膨胀、绝热混合、绝热反应等过程，与环境无功、无热交换；境无功、无热交换；