知识点：开口系统稳定流动能量方程的应用(综合训练).
开口系统稳定流动能量方程
开口系统稳定流动能量方程引言开口系统是指具有一个或多个进口和出口的系统，在流体力学中有广泛的应用。
稳定流动能量方程是研究开口系统中能量变化和传输的基本方程。
本文将介绍开口系统的定义、能量守恒定律以及稳定流动能量方程的推导和应用。
开口系统的定义开口系统是与外界相连的一种流体系统，其中流体可以从一个或多个入口进入系统，也可以从一个或多个出口离开系统。
开口系统可以是管道、喷射流、孔等。
在开口系统中，流体可以通过开口进出，由于能量的转化和传输，开口系统中的能量会发生变化。
能量守恒定律能量守恒定律是物理学中的基本定律之一，也适用于流体力学。
根据能量守恒定律，一个系统的总能量在任意时间段内保持不变，能量只能从一个形式转化为另一个形式，而不能被创建或毁灭。
在流体力学中，能量可以以多种形式存在，包括压力能、动能、势能等。
能量守恒定律描述了系统内各种形式能量之间的转化和传输关系。
稳定流动能量方程的推导稳定流动能量方程描述了开口系统中能量的变化和传输。
为了推导稳定流动能量方程，我们需要考虑以下几个因素：1.流体的动能2.流体的压力能3.流体的势能4.外界对流体系统所做的功对于一个开口系统，根据能量守恒定律，稳定流动能量方程可以表示为：dEdt=Q−W其中，dEdt 表示系统内能量的变化率，Q表示流体系统受到的外界热量输入或输出，W表示系统受到的外界功输入或输出。
推导过程涉及到一些数学和流体力学的概念和方程，这里不再详细介绍。
下面给出稳定流动能量方程的最终形式：dp dt +ρv⋅∇v+ρg⋅∇z+∂∂t(12ρv2+ρgz)=Q−W其中，p表示流体的压力，ρ表示流体的密度，v表示流体的速度，g表示重力加速度，z表示流体的高度。
稳定流动能量方程的应用稳定流动能量方程在工程实践中有广泛应用。
以下是几个常见的应用场景：1.管道流体输送：稳定流动能量方程可以用于分析管道中流体的能量变化和传输情况，从而确定最佳的管道设计和运行参数。
开口系统稳定流动能量方程
开口系统稳定流动能量方程摘要：1.开口系统稳定流动能量方程的概述2.能量方程的组成部分3.稳定流动的条件4.开口系统的应用实例5.能量方程在工程实践中的重要性6.如何使用能量方程进行分析和计算正文：开口系统稳定流动能量方程是热力学中一个重要的概念，它在分析和计算热力学系统中起着关键作用。
本文将详细介绍开口系统稳定流动能量方程的各个方面，包括组成部分、稳定流动的条件、应用实例以及如何在工程实践中使用该方程进行分析和计算。
一、开口系统稳定流动能量方程的概述开口系统稳定流动能量方程是一个描述热力学系统中能量传递规律的方程。
它主要包括质量能量守恒、动量守恒和能量守恒三个部分。
在这些方程的基础上，我们可以推导出开口系统稳定流动能量方程。
二、能量方程的组成部分1.质量能量守恒：在稳定流动过程中，系统内的质量流量保持不变。
2.动量守恒：在稳定流动过程中，系统内的动量变化率为零。
3.能量守恒：在稳定流动过程中，系统内的能量变化率为零。
三、稳定流动的条件1.质量流量不变：表明系统中流入和流出的质量保持平衡。
2.动量变化率为零：表明系统中内力与外力相平衡。
3.能量变化率为零：表明系统内能量的生成和消耗达到平衡。
四、开口系统的应用实例1.热交换器：在热交换器中，开口系统稳定流动能量方程可用于分析热量传递过程，优化设计热交换器以提高热效率。
2.涡轮机：在涡轮机中，能量方程可用于分析涡轮机的性能，提高涡轮机的效率。
3.压缩机：在压缩机中，能量方程可用于分析压缩过程，优化压缩机的性能。
五、能量方程在工程实践中的重要性1.优化系统设计：通过分析能量方程，可以找出系统中能量损失的原因，从而优化系统设计，提高系统效率。
2.提高设备性能：利用能量方程，可以分析设备的性能，找出瓶颈所在，进而提高设备性能。
3.节能减排：通过研究能量方程，可以更好地利用可再生能源，降低能源消耗，减少排放。
六、如何使用能量方程进行分析和计算1.收集数据：根据实际问题，收集相关数据，如流量、温度、压力等。
知识点：开口系统稳定流动能量方程的应用PPT.
开口系统稳定流动能量方程式在工程中有着广泛的应用 在不同的条件下，经过适当的简化，可以得到不同的形式， 或者依据前面建立能量方程的分析方法，建立相应的能量方 程。下面就工程中常见几种机械模型举例说明。 1.热交换器 当工质流过锅炉、蒸发器、冷凝器、空气加热器等各种 热交换设备时，由于系统工质与外界没有功量交换，并且动 能、重力势能变化很小，所以有：
说明在汽轮机等动力机中，系统所作的轴功等于工质的 焓降。 3.压气机 与动力机相反，压气机是消耗机械功而获得高压气体。 当工质流过压气机时，同样由于进出口速度变化不大，进、 出口的高差也不大，又由于工质流过压气机的速度很快，我 们认为工质与外界的换热很小，故有： ws h2 h1
知识点：开口系统稳定流动能量方程的应用
q h 2 h1
说明在蒸发器等换热设备中，1kg工质所吸收的热量等于 焓的增加。 2.动力机
知识点：开口系统稳定流动能量方程的应用
1 2 1 1
Ws 1 Q 2 2 2
图1 热交换器
2 2 -Ws 1 1 1 1
图24 喷管
知识点：开口系统稳定流动能量方程的应用
当工质流过动力机时，由于进出口速度变化不大进、出 口的高差也不大，又由于工质流过动力机的速度很快，我们 认为工质与外界的换热很小，故有： ws h1 h2
知识点：开口系统稳定流动能量方程的推导
1 2 q dh dc gdz ws （2a） 2 上述各式均为稳定流动能量方程式的表达形式，普遍适 用于开口系统稳定流动的各种热力过程。
说明压气机绝热压缩所消耗的轴功等于压缩气体焓值的 增加。 4.喷管 喷管是一种使气流提高速度的短管道，工质流经喷管时 很显然系统与外界没有功量交换，位能差也很小可以忽略， 同样由于工质流经喷管时速度很快，工质与外界的换热很小 可以不考虑系统与外界的热量交换。即 1 2 c 2 c12 h1 h2 2 说明工质流过喷管时，所获得的动能等于工质焓的降低。
开口系统稳定流动能量方程式及其应用
h
1 2
c2f
w9s26.0h51 kJh/2
gz ws
kg1
2
c
2 f
(2)
10103 926.05
P qmws
3600
2572kW
(3)
1 2
c
2 f
1 (1202 502 ) 103 2
0.64%
ws
926.05
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。
热力学问题经常可忽略动、位能变化
例：c1 = 1 m/s c2 = 30 m/s (c22 - c12) / 2 = 0.449 kJ/ kg
z1 = 0 m z2 = 30 m
g ( z2 - z1) = 0.3 kJ/kg
1bar下, 0 oC水的 h1 = 84 kJ/kg 100 oC水蒸气的 h2 = 2676 kJ/kg
热流体：放热， q 0, h2 h1
冷流体：吸热， q 0, h'2 h'1
火力发电装置
过热器
锅 炉
汽轮机
发电机 凝 汽 器
给水泵
动力机械
燃气轮机 压气机
制冷 空调
压缩机
二、动力机械
q
h
1 2
c
2 f
gz
ws
1、功用：输出或消耗机械功 2、工作特点：q 0, c2f 0, z 0
3、简化方程：ws h1 h2
Q Const
•
•
W net Const W s
dEC,V / 0
稳定流动的能量方程式
进入系统的能量：
工程热力学开口系能量方程应用
工程热力学开口系能量方程应用在工程热力学中，开口系能量方程是一种用于描述流体在开口处能量转换的方程。
它是根据质量守恒、能量守恒和熵守恒原理推导得出的。
通过对流体在开口处的流动进行分析，可以利用开口系能量方程计算出流体在开口处的各种参数，如速度、压力和温度等。
在实际应用中，开口系能量方程常用于计算流体在喷嘴、管道、阀门等开口处的性能。
这些开口处的设计和优化对于工程系统的正常运行至关重要。
通过应用开口系能量方程，可以确定最佳的开口尺寸和形状，以实现最高效的能量转换和流体控制。
例如，在喷嘴设计中，开口系能量方程可以用于计算喷嘴的速度和流量。
根据质量守恒原理，流体在喷嘴中的流量应该等于流体进入喷嘴的质量流量。
通过应用开口系能量方程，可以确定喷嘴的出口速度和流量，从而满足工程系统的设计要求。
在管道系统中，开口系能量方程也起着重要的作用。
通过应用开口系能量方程，可以计算管道中的压力损失和流量变化。
这对于优化管道系统的运行效率和减少能源消耗至关重要。
例如，在给水管道系统中，通过应用开口系能量方程，可以确定管道中的压力降和流量变化，从而确保供水系统的正常运行。
除了喷嘴和管道系统，开口系能量方程还可以应用于阀门和泵等设备的设计和优化。
通过应用开口系能量方程，可以计算设备中的流体速度、压力和功率等参数，从而满足工程系统的需求。
工程热力学开口系能量方程是工程热力学中的重要理论工具，广泛应用于流体控制和能量转换的设计和优化中。
通过应用开口系能量方程，可以计算出流体在开口处的各种参数，从而满足工程系统的设计要求。
在实际应用中，我们需要根据具体情况选择合适的开口系能量方程，并结合实际工程问题进行分析和计算，以确保工程系统的正常运行和高效性能。
知识点：开口系统稳定流动能量方程的应用(综合训练).
知识点：开口系统稳定流动能量方程的应用
热后达到的温度。 已知：预热器进口空气t1=10℃，V0=1Nm3，q0=245kJ/ Nm3 烟气R=286.45J/kg.K 求：预热器出口温度t2 解：烟气的放热量等于空气的吸热量，且m烟=1.09m空，由 理想气体状态方程 p0V0 101325 1 m烟 1.295 kg RT0 286.45 273.15
由于
q0
m烟 1.09
c p (t 2 t1 ) 预热器出口温度
1.09 1.09 t 2 t1 q0 10 245 214.17 ℃ m烟 c p 1.295 1.01
温度为t10的冷空气进入锅炉的空气预热器中用烟气放出的热量对其加热若已知1标准m烟气放出245kj的热量空气预热器没热损失烟气每小时的流量按质量计算是空气的109倍烟气的气体常数r28645jkgk并且不计空气在空气预热器中的压力损失求空气在预热器中受知识点
知识点：开口系统稳定流动能量方程的应用
综合训练
1.供暖用风机连同加热器，把温度t1=0℃的空气加热到 t3=250℃后送入风道使用。若送风量为0.56kg/s，风机轴上 输入功率为1kW，且不考虑其它损失。试求风机出口温度t2以 及在加热器中的吸热量。 已知：风机进口t1=0℃，加热器出口t3=250℃，风量m= 0.56kg/s，风机输入功率Ws=-1kW 求：风机出口温度t2和空气在加热器内吸热量Q 解：空气通过风机和加热器为开口系统稳定流动，忽略 动能和重力势能变化，先取风机进口为1-1断面，风机出口 为2-2断面，空气在该两断面间未被加热，由开口系统稳定流 动能量方程Q=mcp（t2- t1）+Ws 、Q=0，风机出口温度
知识点：开口系统稳定流动能量方程的应用
工程热力学与传热学：2-4 开口系统的稳定流动能量方程式
Q
m1 (u1
1 2
cf
2 1
gz1 )
m1 p1v1
t 时间内流出系统的能量；
WS
m2 (u2
1 2
cf
2 2
gz2 )
m2
p2v2
系统储存能的增量： ECV
整理：
Q
m(u2
1 2
cf
2 2
gz2 )
mp2v2
m(u1
1 2
c
f
2 1
gz1)
mp1v1
WS
Q
Hale Waihona Puke (H2H1)m( 1 2
c
f
2 2
1 2
2-4-6 开口系统稳定流动能量方程式的其它形式
➢ 任意过程 Q = H + W t q = h + wt
➢ 任意微元过程 Q = d H + Wt q=dh+wt
➢ 可逆过程 Q = H - 12 V d p q = h - 12 v d p
➢ 可逆微元过程 Q = d H - V d p q=dh -vdp
2-4 开口系统稳定流动的能量方程式
注意
（1）工质的热力状态参数及速度在不同截面不同； （2）开口系统除了通过作功和传热方式传递能量
外，还可以借助工质的流动转移能量； （3）除了能量平衡外，还必须考虑质量平衡； （4）系统与外界交换的功，除了体积变化功，
还有流动功。
2-4-1 稳定流动 （steady flow）
单位质量工质：w f 1
W f 1
dm1
p1v1
wf2
W f 2
dm2
p2v2
3. 流动功：系统为维持工质流动所需的功。
火电厂集控运行专业《2.5.1 开口系能量方程式》
c 2
gz
ws
此方程适用于任何工质、任何稳定流动过程；
由此可知：系统从外界吸收的热量，一局部用于增加工质的焓；一局部用增加 工质的动能和位能；其于用于对外输出轴功。
二、技术功
q
h
1 2
c 2
gz
ws
1、技术功：在上式中，后三项实际上都属于机械能，工程上可
直接利用的功；故把此三项合并在一起称技术功〔Wt〕。
• 当不计动能和位能变化时，技术功就等于轴功。
• 由此可见：技术功是由热能转换所得的体积变化功扣除流动净功后得到的。
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武汉电力职业技术学院
一、稳定流动的能量方程
在单位时间内有 mg工质带入系统的能量： 〔1 2 1m 〕c焓12H1=U1g1 〔4〕外界参加热量Q mg工质带出的能量有： 〔1〕焓H2=U2g2 12〔m4〕c22系统对外输出轴功WS
P1 v1 H1 c1
z1 Q
Ws
P2 v2 H2 c2
z2
一、稳定流动的能量方程
wt
单位质量工质技术功：wt
1 c 2 2
gz
ws
故开口系统的稳定流动能量方程还可以写为：q h wt
wt 2v、dp技术功的计算式：
wt
2 vdp 过程线在 p坐标上的投影面积
1
压力变化是技术功的标志。
二、技术功
3、膨胀功、技术功、轴功间的关系
由稳定流动能量方程可得： 再由闭口系能量方程有：q-∆u=w
q u
( pv)
1 c2 2
gZ
ws
pv wt
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综合训练
1.供暖用风机连同加热器，把温度t1=0℃的空气加热到 t3=250℃后送入风道使用。若送风量为0.56kg/s，风机轴上 输入功率为1kW，且不考虑其它损失。试求风机出口温度t2以 及在加热器中的吸热量。 已知：风机进口t1=0℃，加热器出口t3=250℃，风量m= 0.56kg/s，风机输入功率Ws=-1kW 求：风机出口温度t2和空气在加热器内吸热量Q 解：空气通过风机和加热器为开口系统稳定流动，忽略 动能和重力势能变化，先取风机进口为1-1断面，风机出口 为2-2断面，空气在该两断面间未被加热，由开口系统稳定流 动能量方程Q=mcp（t2- t1）+Ws 、Q=0，风机出口温度
由于
q0
m烟 1.09
c p (t 2 t1 ) 预热器出口温度
1.09 1.09 t 2 t1 q0 10 245 214.17 ℃ m烟 c p 1.295 1.01
知识点：开口系统稳定流动能量方程的应用
热后达到的温度。 已知：预热器进口空气t1=10℃，V0=1Nm3，q0=245kJ/ Nm3 烟气R=286.45J/kg.K 求：预热器出口温度t2 解：烟气的放热量等于空气的吸热量，且m烟=1.09m空，由 理想气体状态方程 p0V0 101325 1 m烟 1.295 kg RT0 286.45 273.15
知识点：开口系统稳定流动能量方程的应用
Ws 1 t 2 t1 0 1.77 ℃ mc p 0.56 1.01
再取风机进口为1-1断面，加热器出口为3-3断面，由开 口系统稳定流动能量方程，加热量 Q=mcp（t3- t1）+Ws =0.56×1.01×（250-0）+（-1） =140.4kW 2.温度为t1=10℃的冷空气进入锅炉的空气预热器中，用 烟气放出的热量对其加热，若已知1标准m3烟气放出245KJ的 热量，空气预热器没有热损失，烟气每小时的流量按质量计 算是空气的1.09倍，烟气的气体常数Rg=286.45J/kg.K，并且 不计空气在空气预热器中的压力损失，求空气在预热器中受