第5章火用分析基础2011级.ppt

第五章分析基础,5.1,热一律：揭示能量转换中的数量守恒关系,热二律：各种能量不但有“量”的差别，还有“质”的差别.,例如：t11500k、500k、300k，wmax=？,t11500k：wmax800kj,t1500k：wmax400kj,t1300k：wmax0kj,wmax=cq1（1t2/t1）q1,q1“量”相同，但“质”不同,各种能量的做功能力，不但与其数量多少有关，还与其质量高低有关。,如何度量能量的“质”呢？,引入：“火用”概念,任何形式的能量e都由火用和火无两部分组成：,eexan,说明：,(1)an0：e可全部转化为有用功，如机械能、电能、风力、水力,(2)ex0：e不能转化为有用功，如环境介质中的热能,(3)an和ex都0：e可部分转化为有用功，如热能、化学能、核能,(4)不同形态的能量或物质，处于不同状态时，an和ex比例不同,(5)引入火用参数的意义：,为评价能量的“量”和“质”提供了一个统一尺度；,形成了热系统火用平衡分析法，比能量平衡法更科学、更合理,火用（exergy，有效能、可用能）：在给定的环境条件下，能量中可转化为有用功的最高份额。符号；ex,火无（anergy，无效能、不可用能）：在给定的环境条件下，能量中不可能转化为有用功的那部分。符号；an,zoranrant:exergos,5.2火用值的计算,5.2.2热量火用和冷量火用,1、热量火用,系统从高温热源t定温吸热q，其火用=？,=卡诺循环所做的功,若系统温度t变化，取微元循环微元卡诺循环,积分：,q的火无值：,说明：,（1）热量火用取决于：q、t、t0,（2）热量火用为过程量,（3）热量火无除与环境温度有关外，还与s有关。,（4）热量火用的正、负号与q相同：吸热，系统获得了火用,例1热量火用值计算,空气冷却器将200的空气定压冷却到40，问：每kg空气放出的热量最多能做多少功？（环境温度为25,空气cp=1.004kj/kgk为定值，）,解,分析：热源温度变化,负号：放出热量。该热量最多能做37kj/kg的功,q有用的部分只占23%,5.2.4物质或物流火用,1、闭口系工质物理火用（内能火用）,（1）定s膨胀（ab）,（2）定t膨胀（bo）,w是最大功吗？,no!,原因：系统从状态ao，体积vv0，在p0下排挤环境做功:p0(v-v0)，无法利用，需扣除：,ex,比内能火用：,注：,（1）ex为状态参数,（2）由状态1状态2，最大有用功为:,例2内能火用计算,空气由状态1(1mpa,50)状态2(0.5mpa,40)求wmax=？(环境:0.1mpa,25,空气cv=0.716kj/kgk),解,由pv=rt求出：v0、v1、v2,状态1的内能火用ex1：,同理，求出状态2的内能火用：ex2,wmax=ex1ex2=114.5kj/kg,2、开口系工质物理火用（焓火用）,是最大技术功吗？,yes!,推导过程与内能类似，不同的是：用公式q=h+wt,工质由状态1状态2能做的最大技术功：,5.3火用损失,5.3.1温差传热引起的火用损失,1、若无温差,2、有温差：可逆热机工作于tb与t0之间：,火用损失：,而熵产为：,同理：,5.3.2摩擦引起的火用损失,1-2-3-4-1：可逆循环,若膨胀过程2-3不可逆：2-3，则q相同但循环1-2-3-4-1向低温热源多放热，即：少做功：,wl=q,不可逆循环熵产：,火用损失：,综上，总火用损失：,5.3.3能级、能量贬值原理,1、能级（）,定义：,机械能、电能：=1,热能：,环境热能：,2、能量贬值原理,孤立系：,能量贬值原理：,gouy-stodla公式,在不可逆过程中，能量的数量虽然不变，但火用值减少，即能量的“质量”降低。称为“能量贬值”,孤立系统中进行热力过程，火用只会减小不会增大，极限情况下（可逆）火用保持不变。,5.3火用效率,1、定义：,2、与热效率的关系：,热力循环：,热效率：,热量火用：,作业,p131：思考