第二章范例解说.ppt

2004/03/10 Chapter 2Conservation of mass Illustration parts 張基昇 範例 2.2-1 架構流程圖，指定變數 作質量平衡 列出設定條件 解方程式 範例 2.2-2 架構流程圖 寫出質量平衡式 列出設定條件 解方程式 範例 2.3-1(系統的選擇) 解析問題，製作流程方塊圖 呈現問題 選擇以密閉系統解析(變體積程序) 寫出質量平衡式 分析問題與計算 寫出能量平衡式 分析問題與計算 控制體積與前端後端之考慮與分析 求取計算結果 選擇以開放系統解析(定體積程序) 寫出質量平衡式 作觀察之積分計算 求取各個質量之量 寫出能量平衡式 作觀察之積分計算 解析各個能量項目 系統為穩態操作 進入與流出項目之積分處理 定體積程序 求取計算結果 範例 2.3-2 比較密閉與開放系統差異 解析與架構問題 密閉系統時 能量平衡式 觀察之積分分析 各個設定條件解析 求取計算結果 開放系統時 能量平衡式 觀察分析 穩態程序 各個能量項目解析 陳列分析結果之能量平衡式 求取計算結果 範例 2.3-3 等焓程序問題 焦耳-湯姆森膨脹 分析問題，架構流程方塊圖 寫出質量平衡式 寫出能量平衡式 分析各個能量項目的貢獻 陳列分析結果之能量平衡式 求取計算結果 範例 2.5-1 利用圖與表的數據計算 焦耳-湯姆森 問題 利用2.4-1 a 的焓熵圖 初條件自由度分析 末條件自由度分析 程序之軌跡分析 利用2.4-1 b 的溫熵圖 初條件自由度分析 末條件自由度分析 程序之軌跡分析 利用附錄 III 的蒸氣表 初條件自由度分析 末條件自由度分析 範例 2.5-2 應用蒸氣表 架構流程方塊圖 表示各個變數與性質 作質量平衡 作能量平衡 計算各個能量項目 求取計算結果(可取得的軸功) 範例 2.5-3 理想氣體 解析問題 有興趣的變數、有用的方程式與程序設定 架構流程方塊圖 a 程序解析(快速灌氣；絕熱程序) 寫出質量平衡式 寫出能量平衡式 作各平衡項的設定與討論已簡化平衡方程式 將不可量測量(變數)轉換成為可量測量(變數)或定義變數 利用狀態方程式做轉換變數與計算的應用 計算求取結果 b 程序解析(趨向平衡；密閉系統之定容程序) 密閉系統 寫出質量平衡式 利用狀態方程式做轉換變數與計算的應用 範例 2.5-4 壓縮機操作之問題 問題解析與架構流程圖 自由度分析 熱力學角度的分析 工程角度的分析 解析 質量平衡式 能量平衡式 整理得到的結果只有一個有用的獨立方程式 第三章將再建立熵平衡式 範例 2.5-5 解析問題並架構流程圖 系統之自由度分析 Case_1 解析 質量平衡式 能量平衡式 應用狀態方程式轉換變數 - 定容等體積程序 將內能變數轉換為量測性質變數 數學運算 僅得到一個方程式有兩個壓力變數未知 解析四個變數方程式不足 系統之自由度為 1 選取任一個鋼桶為系統的處理(目的在於增加獨立方程式的個數) 質量平衡式 能量平衡式 能量平衡是微分項展開 莫耳數為變量 將能量變數轉換為可量測變數；將莫耳數轉換 數學演算運算 得到包含四個有興趣變數之任一個或一個以上之變數的數學關係式 系統之自由度分析可得其自由度為 0 解析計算求取結果 範例 2.5-6 路徑函數 解析題目 繪製示意圖 設定或指定條件 寫出質量與能量平衡方程式 路徑 A 之分析與計算 先進行等溫程序 再進行等壓程序 (依需要求取中繼點的狀態) 路徑 B 之分析與計算 先進行等壓程序 再進行等溫程序 (依需要求取中繼點的狀態) 路徑 C 之分析與計算 先進行絕熱壓縮程序 再進行等壓程序 (依需要求取中繼點的狀態) 範例 2.5-7 可逆程序 系統描述 本題目討論目標 繪製示意圖與列出設定條件 解析 選定系統 條件設定 寫出能量方程式並引入設定條件 力的平衡 目標 - 求取壓力表示式 力的平衡式再整理 引入設定條件 平衡狀態下之壓力式 程序作功之積分 各項目的分析 熱交換量之表示式 Q_net 淨熱交換量 (作功需抵抗摩擦力,須減去) Q 等溫膨脹流入氣體的熱量 – 可逆程序之考慮 當,計算狀態之熱與功的流動 – 此時活塞速度為 0 (由 e 式整理可得 h 式,並用末狀態平衡壓力代入) 可得到淨熱交換量與淨的功值的計算表示式 數值計算解 選定計算基準與設定操作條件 由設定初壓計算得滑碼的重量 計算得系統體積 程序a：一次移走滑碼 計算平衡壓力 計算體積 計算體積變化 計算淨功值 計算 Q 值 計算摩擦損耗值 程序b：分二次移走滑碼 計算兩步驟平衡壓力 計算兩步驟體積 計算兩步驟體積變化並計算淨功值 程序c：分四次移走滑碼 計算四步驟平衡壓力 計算四步驟體積 計算四步驟體積變化並計算淨功值