工程热力学课件第5章火用分析基础

1、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：Wmax 800 kJ,T1 500K ：Wmax 400 kJ,T1300K： Wmax 0 kJ,Wmax=c Q1 （1 T2 / 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：,EEx An,说明：,(1) An0：E 可全部

2、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

3、号；An,Zoran rant: 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/kg

4、 K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37 kJ/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（A B）,（2）定T膨胀（B O）,W是最大功吗？,NO!,原因：系统从状态A O ，体积V V0，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 ( 1 MPa, 50) 状态2 ( 0.5 MPa, 40 ) 求wmax=？(环境 :0.1

5、MPa, 25, 空气Cv= 0.716 kJ/kg K),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 = ex1 ex2 = 114.5 kJ/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

6、-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