能量转换基础课件

第二章能量转换基础2.1能量转换2.2能量平衡2.3exergy（可用能）2.4

exergy的计算2.5

exergy平衡2.6

exergy损失计算2.7

exergy分析与exergy效率2.8

exergy分析举例2.9

exergy分析的意义第二章能量转换基础2.1能量转换本章知识点1.理解能量转换与平衡；2.理解exergy的概念、熟练掌握exergy的计算，exergy的平衡、掌握exergy损失计算；3.学会exergy分析方法。本章知识点1.理解能量转换与平衡；2.1能量转换

钢铁企业中涉及到的主要能的形式有：热能、机械能、电能、化学能。

在这四种工业生产中所利用的主要能量形式之间，相互转换的关系如下：2.1能量转换钢铁企业中涉及到的主要能的形式有在实现能量转换时，对转换装置基本要求：1）转换效率要高。2）转换速度要快。3）具有良好的负荷调节性能。4）满足环境的要求和经济上的合理在实现能量转换时，对转换装置基本要求：能量守恒定律：

输入能量-输出能量=储存能量的变化对于封闭系统，热力学第一定律的表达式为

Q=∆E+W∆E—储存能量的变化

Q—输入的能量

W—输出的功稳定流动系统的能量平衡关系

2.2能量平衡能量守恒定律：2.2能量平衡（Hi+

Qi+Wi

）－（

He+Qe+We）=0Q=Qi–Qe

表示净输入的热量W=We

－Wi

表示净输出的热量则：Q=（

He－Hi）+W；对单纯的热设备，W=0注：焓的绝对值是不能求得的。在计算各项焓值时，实际上是指该状态的焓值与基准状态下的焓的差值，并取基准状态下的焓值为0。1kcal=4186J；1kW·h=860kcal=3600kJ（Hi+Qi+Wi）－（He+Qe+W2.3

Exergy（可用能）根据能量可转换性的不同，把能量分为三类：（1）高级能：可以不受限制地完全转换的能量；（2）中级能：具有部分转换能力的能量；（3）低级能：完全没有转换能力的能量。热能属于第二类能量：它具有的可用能取决于它的状态参数（温度、压力等），同时与环境状态有关。当参数与环境相同，即与环境处于平衡状态时，其exergy值为零。但是，只要与环境处于不平衡状态，它就具有一定的exergy值。2.3Exergy（可用能）根据能量可转换性的不同，把Exergy是指能量中的可用能那部分。即能量可分成“可用能”和“不可用能”两部分，将可用能称为exergy；不可用能称为Anergy。

2.3.1热量exergy系统所传递的热量在给定环境条件下，用可逆方式所能作出的最大功为该热量的exergy。通过可逆热机它能转换的最大功比例是取决于卡诺热机的效率：

Exergy：在一定环境条件下，通过一系列的变化（可逆过程），最终达到与环境处于平衡时，所能做出的最大功。用Ex表示。Exergy是指能量中的可用能那部分。即能量可分成“可用能”由热量得到的最大功Wmax为热量为热量exergy和热量anergy之和热容量有限，热源属于变温热源，则：整个放热过程Q，则热量exergy：由热量得到的最大功Wmax为热量为热量exergy和热量a热源放出热量，焓减小：热源放出热量Q，温度从T降至T0时热量exergy为：热源放出热量，焓减小：热源放出热量Q，温度从T降至T0时热量2.3.2能级能量中exergy所占的比例称为能级，也称为有效度。对于恒温热源2.3.2能级对于恒温热源2.3.3开口体系工质的exergy

对于流动状态工质，设状态参数分别为压力P，温度T，焓H，熵S，经过一系列可逆过程达到与环境平衡的状态。

根据能量平衡：

H=H0+

Q0+W1+W2

exergy值

Ex=Wmax=W1+W2=H－

H0

－

Q0可逆过程总熵变为零，总熵变为P,TH,SW1P0,T0H0,S0Q1Q0W2T02.3.3开口体系工质的exergyP,TH,SW1P0,带入前式开口体系，在不考虑宏观运动的动能和位能时，工质具有的总能即为焓，与环境状态相比，所具有能量为：带入前式开口体系，在不考虑宏观运动的动能和位能时，工2.4

exergy的计算2.4.1温度exergy

当工质的温度（T）与环境温度（T0）不同，压力与环境相同时，它所具有的exergy值叫温度exergy。工质无相变，并已知其比热容时，由于2.4exergy的计算2.4.1温度exergy高温物质的exergy

当物质的温度高于环境温度时，由于温度的不平衡所具有的可用能即为温度exergy。当定压比热容近似地视为常数时，则能级为高温物质的exergy能级为比热容cp随温度变化时，一般把比热容与温度的关系表示成幂函数的关系：比热容cp随温度变化时，一般把比热容与温度在低于环境温度T0的条件下，系统（T<T0）吸入的热量中可转换为有用功的最大值。在环境热源和系统冷源之间，设有一可逆卡诺机，从环境吸热δq1，向冷源放热δq2

。做出的最大值。能量平衡低温物质的exergy在低于环境温度T0的条件下，系统（T<T0）吸入的热量中可转低温物质的exergy2.4.2潜热exergy

物质发生融化或气化等相变时，需要吸收热量，但温度保持不变。单位质量的物质相变所需的热量r叫“相变潜热”。潜热exergy是指单位物质从相变开始至相变结束，吸收相变（融化或气化）潜热所产生exergy的变化。因此，潜热exergy是指物质在相变前后exergy的变化。潜热exergy的计算公式为低温物质的exergy2.4.2潜热exergy2.4.3水及水蒸气的exergyhhAhBh0APTBOs0s0P0T0B’水蒸气exergy的图解法2.4.3水及水蒸气的exergyhhAhBh0APTBOs2.4.4压力exergy

温度与环境温度相同，压力与环境压力不同dT=0，开口体系工质压力exergy2.4.4压力exergy

温度与环境温度相同，压力与环境封闭体系工质压力exergy压力exergy封闭体系工质压力exergy压力exergy2.4.5混合气体的exergy气体的混合过程是不同分子相互扩散的过程，它是一个不可逆过程，体系的总熵将增加，可用能将减少。设混合前两种气体具有相同的温度T和压力p,分别有n1和n2。混合前的exergy分别为混合后的温度和总压力保持不变，分压力分别为p1和p2,则混合物的exergy为2.4.5混合气体的exergy混合后的温度和总压力保持)lnln(lnln''221102120210122112211xnxnRTenppRTnppRTnenenenenExxiixxxxm++=+++=+=å式中1mol混合气体)lnln(lnln''221102120210122112各组分的摩尔成分xi<1，lnxi<0，式中的第二项为负值。因此，混合物的exergy值小于组成混合气体的各组分的exergy值之和。混合过程温度不变（T1=T2=T），熵的变化为各组分的摩尔成分xi<1，lnxi<0，式中的第二项为负值成分和组成与环境不同而具有exergy值称为扩散exergy。标准空气exergy为零各组分（纯气体）标准exergy为成分和组成与环境不同而具有exergy值称为扩散exerg由各纯组分的标准exergy值，则混合气体的exergy值为混合气体exergy为由各纯组分的标准exergy值，则混合气体的exergy值

2.4.6化学exergy由于与环境的温度、压力不同时属于物理不平衡，因而具有的exergy叫物理exergy。即使在环境温度T0和压力p0下，如果与环境存在化学不平衡，则仍可能具有可用能。这种由于化学不平衡具有的exergy称为化学exergy。（1）化学反应的反应exergy由热力学可知，在可逆等温反应过程中，稳定流动系统做出的最大有用功等于系统自由焓的减少。G—自由焓，G=H-TSH2-H1—反应焓；S2-S1—反应熵。2.4.6化学exergy（1）化学反应的反应（2）元素化学exergy的计算对于存在于大气中的各元素，根据已计算出分子标准exergy，则其元素的标准化学exergy为：（3）化合物的标准exergy的计算则化合物的标准exergy为：（2）元素化学exergy的计算（3）化合物的标准exerg（4）燃料的化学exergy在基准状态p0、T0下，燃料与氧气一起稳定地流经化学反应系统时，以可逆方式转变到完全平衡的环境状态所能做出的最大可用功。它包括氧化反应的反应exergy以及燃烧产物在标准空气中的扩散exergy。由于燃烧产物的扩散exergy难以被利用，习惯上暂不考虑扩散exergy。燃料的基准化学exergy为:式中

Qdw

—

燃料的低位发热值；△sθ—反应熵，生成系熵的H2O按气态计算。气体燃料=0.95Qgw

液体燃料=0.975Qgw

固体燃料=Qdw+2438w

（4）燃料的化学exergy式中气体燃料=02.5

exergy平衡能量守恒是一个普通的定律，能量的收支应保持平衡。exergy只是能量中的可用能部分，在转换过程中，一部分可用能将转变为不可用能，exergy将减少。这并不违反能量守恒定律，exergy平衡是exergy与exergy损失之和保持平衡。设穿过体系边界的输入exergy为Exin，输出exergy为Exout，内部exergy损失为Iint，体系内部积存量为，则平衡关系为对稳定流动体系，内部exergy的积累量为零。对多股流体，对照能量方程式：2.5exergy平衡能量守恒是一个普通

exergy平衡方程式为

脚标1—流入的各股流体携带的能量；脚标2—流出的各股流体携带的能量。

体系exergy分为支付exergy（

Exp）,收益exergy（Exg）以及未被利用exergy（Ex1），也称外部exergy损失，用Iext表示。exergy平衡关系可表示为IExgIintEx1ExgExp+=++=exergy平衡方程式为IExgIintEx1ExgExp2.5.1流动过程的exergy平衡（1）节流过程通过阀门的流动过程是最简单的过程，如下图所示。流经阀门时压力降低，可看成是绝热节流过程。能量平衡关系H1=H2exergy平衡关系内部exergy损失2.5.1流动过程的exergy平衡能量平衡关系H1=（2）输出功的过程工质流经汽轮机膨胀对外做功时，可看成是绝热膨胀输出功的过程。能量平衡关系H1=H2+Wexergy平衡关系Ex1=Ex2+W+Iintexergy收入为Exin=Ex1。exergy支出为Exout=Ex2+W,内部exergy损失为Iint=Exin–Exout=Ex1–Ex2–W（2）输出功的过程能量平衡关系exergy收入为Exin=（3）输入功的过程工质流经压缩机、风机和泵的时候，可看成是绝热压缩的过程，需要消耗外功来提高其压力。能量平衡关系H1+W=H2exergy平衡关系内部exergy损失Ex1+W

=Ex2+IintIint=Exin–Exout=Ex1–Ex2+W（3）输入功的过程能量平衡关系H1+W=H2exergy2.5.2混合过程混合过程是不可逆过程。实际的混合过程常会产生热。混合器分绝热混合器和有冷却的混合两种。（1）绝热混合能量平衡H1+H2=H3exergy平衡Ex1+Ex2=Ex3+Iint内部exergy损失Iint=Ex1+Ex2–Ex3绝热混合过程2.5.2混合过程H1+H2=H3绝热混合过（2）放热混合如果混合器外有冷却水套，将混合热传给冷却水。放热混合过程能量平衡H1+H2=H3+Qexergy平衡Ex1+Ex2=Ex3+

ExQ+Iint内部exergy损失Iint=Ex1+Ex2–Ex3－ExQ（2）放热混合放热混合过程能量平衡2.5.3分离过程根据能量形式不同，分为受热分离和受功分离。（1）受热分离蒸馏釜中实现的分离过程属于受热分离。能量平衡H1+Q=H2+H3exergy平衡Ex1+ExQ

=Ex3+Ex2

+Iint内部exergy损失Iint=Ex1+ExQ—Ex2–Ex3受热分离2.5.3分离过程能量平衡受热分离（2）受功分离

制氧机实现的空气分离过程就属于受功分离，消耗压缩空气所需的功。受功分离能量平衡H1+W=H2+H3exergy平衡Ex1+W

=Ex3+Ex2

+Iint内部exergy损失Iint=Ex1+W－Ex2–Ex3（2）受功分离受功分离能量平衡2.6exergy损失计算2.6.1燃烧exergy损失分析燃烧器的能量平衡和exergy平衡，求得内部exergy损失就是燃烧不可逆exergy损失。燃烧exergy损失能量平衡Hf+Ha=Hg2.6exergy损失计算2.6.1燃烧exe燃料与空气未预热，以环境温度进入系统，tf=ta=t0，则燃烧器的exergy平衡为

燃料和空气未预热燃料与空气未预热，以环境温度进入系统，tf=ta=t0，则燃燃烧exergy损失率是燃烧exergy损失与供给的exergy之比。即2.6.2传热exergy损失物质实际的加热或冷却过程，是在有限温差下进行的传热过程。有温差的传热是不可逆过程，即使没有热量损失，也必然会产生exergy损失。在无散热损失时，能量平衡关系为燃烧exergy损失率是燃烧exergy损失低温物体得到的热量exergy为高温物体失去的热量exergy为传热exergy损失为如果考虑向外界散热δQ′,传热exergy损失为低温物体得到的热量exergy为高温物体失去的热量exerg（1）恒温热源间的传热传热exergy损失为（2）有限热源间的传热高温热源温度从TH1降至TH2，低温热源从TL1升至TL2。（1）恒温热源间的传热传热exergy损失为（2）有限热源间传热总exergy损失为传热总exergy损失为比热容不为常数或传热过程发生相变，转移的热量可按焓的变化计算传热exergy损失为比热容不为常数或传热过程发生相变，转移的热量可按焓的变化计算（3）换热器中的传热换热器中的传热（3）换热器中的传热换热器中的传热不考虑向外界散热，则热平衡关系为热流体的exergy减少和冷流体的exergy增加分别为传热exergy损失为不考虑向外界散热，则热平衡关系为热流体的exergy减少和冷当不计换热器内的流动阻力，流体进出口焓exergy的变化可以用温度exergy表示。当不计换热器内的流动阻力，流体进出口焓exergy的变化可以当不计流体内部的摩擦等不可逆因素时，流体exergy的变化应等于它的热量exergy传热exergy损失为当不计流体内部的摩擦等不可逆因素时，流体exergy的变化应2.6.3散热exergy损失在加热炉等设备中，通过边界向外散热的损失包括：1）通过炉壁向外散失的热；2）通过炉门孔处向外辐射的热损失；3）被冷却水带走的热；4）由炉内辅助设备，如链条带走的热。因此，成为exergy损失的一部分，称为外部exergy损失。（1）炉壁散热exergy损失散热exergy损失Isr为2.6.3散热exergy损失（2）炉门辐射exergy损失通过炉门的辐射热损失Qfs:——系统黑度，炉门孔的辐射=1;——辐射系数，5.67W/(m2•K4);——炉门孔面积，m2——炉膛内温度，K。辐射热损失造成的exergy损失Ifs为（2）炉门辐射exergy损失辐射热损失造成（3）冷却exergy损失为了保护金属，通常通水冷却，冷却水带走热也引起exergy损失。冷却水流量为mls，进口水温为ts1，焓值为hs1，出口水温为ts2，焓值为hs2，热损失Qls为：冷却exergy损失Ils为（3）冷却exergy损失冷却水流量为ml采用汽化冷却，出口为温度较高的蒸汽，具有能级λq汽化冷却产生的蒸汽exergy为实际的冷却exergy损失为采用汽化冷却，出口为温度较高的蒸汽，具有能级λq2.7exergy分析与exergy效率

（1）分析目的（2）分析方法

①

统计方法；

②

动态模拟方法；

③

稳态方法；

④

周期方法。（3）分析步骤1）确定体系；2）分析体系与外界质量交换；3）分析体系与外界能量交换；4）计算各项的数值；5）分析能量平衡和exergy平衡；6）计算exergy效率；7）评价与分析结果。2.7.1exergy分析2.7exergy分析与exergy效率（1）2.7.2exergy效率的定义

exergy效率：转换装置取得的有效能与供给装置耗费的能之比。

热效率可表示为能量转换基础课件2.7.3热工设备的exergy效率

（1）热交换器的exergy效率。Exin1Exout1Exin2Exout2IsrIcexergy平衡方程①一般exergy效率exergy效率2.7.3热工设备的exergy效率Exin1Exouexergy平衡方程②目的exergy效率exergy效率exergy平衡方程②目的exergy效率exergy效率exergy平衡方程③传递exergy效率exergy效率exergy平衡方程③传递exergy效率exergy效率()()()()tgfdwsqsqxsxqfdwfxsxqegBQhhDhheeeQBeeeDhlhqq1=---=-=ql（2）锅炉的exergy效率锅炉燃料消耗量Bkg/h，发热值为Qdw，产生蒸汽量为Dkg/h，蒸汽焓为hq，给水焓hs，则热效率

为

支付燃料exergy为Exp=B

。蒸汽exergy为exq

，给水的exergy为exs

，Exg=D(exq－exs)。锅炉exergy效率()()()()tgfdwsqsqxsxqfdwfxsxqe2.8

exergy分析举例2.9

exergy分析的意义2.8exergy分析举例第二章能量转换基础2.1能量转换2.2能量平衡2.3exergy（可用能）2.4

exergy的计算2.5

exergy平衡2.6

exergy损失计算2.7

exergy分析与exergy效率2.8

exergy分析举例2.9

exergy分析的意义第二章能量转换基础2.1能量转换本章知识点1.理解能量转换与平衡；2.理解exergy的概念、熟练掌握exergy的计算，exergy的平衡、掌握exergy损失计算；3.学会exergy分析方法。本章知识点1.理解能量转换与平衡；2.1能量转换

钢铁企业中涉及到的主要能的形式有：热能、机械能、电能、化学能。

在这四种工业生产中所利用的主要能量形式之间，相互转换的关系如下：2.1能量转换钢铁企业中涉及到的主要能的形式有在实现能量转换时，对转换装置基本要求：1）转换效率要高。2）转换速度要快。3）具有良好的负荷调节性能。4）满足环境的要求和经济上的合理在实现能量转换时，对转换装置基本要求：能量守恒定律：

输入能量-输出能量=储存能量的变化对于封闭系统，热力学第一定律的表达式为

Q=∆E+W∆E—储存能量的变化

Q—输入的能量

W—输出的功稳定流动系统的能量平衡关系

2.2能量平衡能量守恒定律：2.2能量平衡（Hi+

Qi+Wi

）－（

He+Qe+We）=0Q=Qi–Qe

表示净输入的热量W=We

－Wi

表示净输出的热量则：Q=（

He－Hi）+W；对单纯的热设备，W=0注：焓的绝对值是不能求得的。在计算各项焓值时，实际上是指该状态的焓值与基准状态下的焓的差值，并取基准状态下的焓值为0。1kcal=4186J；1kW·h=860kcal=3600kJ（Hi+Qi+Wi）－（He+Qe+W2.3

Exergy（可用能）根据能量可转换性的不同，把能量分为三类：（1）高级能：可以不受限制地完全转换的能量；（2）中级能：具有部分转换能力的能量；（3）低级能：完全没有转换能力的能量。热能属于第二类能量：它具有的可用能取决于它的状态参数（温度、压力等），同时与环境状态有关。当参数与环境相同，即与环境处于平衡状态时，其exergy值为零。但是，只要与环境处于不平衡状态，它就具有一定的exergy值。2.3Exergy（可用能）根据能量可转换性的不同，把Exergy是指能量中的可用能那部分。即能量可分成“可用能”和“不可用能”两部分，将可用能称为exergy；不可用能称为Anergy。

2.3.1热量exergy系统所传递的热量在给定环境条件下，用可逆方式所能作出的最大功为该热量的exergy。通过可逆热机它能转换的最大功比例是取决于卡诺热机的效率：

Exergy：在一定环境条件下，通过一系列的变化（可逆过程），最终达到与环境处于平衡时，所能做出的最大功。用Ex表示。Exergy是指能量中的可用能那部分。即能量可分成“可用能”由热量得到的最大功Wmax为热量为热量exergy和热量anergy之和热容量有限，热源属于变温热源，则：整个放热过程Q，则热量exergy：由热量得到的最大功Wmax为热量为热量exergy和热量a热源放出热量，焓减小：热源放出热量Q，温度从T降至T0时热量exergy为：热源放出热量，焓减小：热源放出热量Q，温度从T降至T0时热量2.3.2能级能量中exergy所占的比例称为能级，也称为有效度。对于恒温热源2.3.2能级对于恒温热源2.3.3开口体系工质的exergy

对于流动状态工质，设状态参数分别为压力P，温度T，焓H，熵S，经过一系列可逆过程达到与环境平衡的状态。

根据能量平衡：

H=H0+

Q0+W1+W2

exergy值

Ex=Wmax=W1+W2=H－

H0

－

Q0可逆过程总熵变为零，总熵变为P,TH,SW1P0,T0H0,S0Q1Q0W2T02.3.3开口体系工质的exergyP,TH,SW1P0,带入前式开口体系，在不考虑宏观运动的动能和位能时，工质具有的总能即为焓，与环境状态相比，所具有能量为：带入前式开口体系，在不考虑宏观运动的动能和位能时，工2.4

exergy的计算2.4.1温度exergy

当工质的温度（T）与环境温度（T0）不同，压力与环境相同时，它所具有的exergy值叫温度exergy。工质无相变，并已知其比热容时，由于2.4exergy的计算2.4.1温度exergy高温物质的exergy

当物质的温度高于环境温度时，由于温度的不平衡所具有的可用能即为温度exergy。当定压比热容近似地视为常数时，则能级为高温物质的exergy能级为比热容cp随温度变化时，一般把比热容与温度的关系表示成幂函数的关系：比热容cp随温度变化时，一般把比热容与温度在低于环境温度T0的条件下，系统（T<T0）吸入的热量中可转换为有用功的最大值。在环境热源和系统冷源之间，设有一可逆卡诺机，从环境吸热δq1，向冷源放热δq2

。做出的最大值。能量平衡低温物质的exergy在低于环境温度T0的条件下，系统（T<T0）吸入的热量中可转低温物质的exergy2.4.2潜热exergy

物质发生融化或气化等相变时，需要吸收热量，但温度保持不变。单位质量的物质相变所需的热量r叫“相变潜热”。潜热exergy是指单位物质从相变开始至相变结束，吸收相变（融化或气化）潜热所产生exergy的变化。因此，潜热exergy是指物质在相变前后exergy的变化。潜热exergy的计算公式为低温物质的exergy2.4.2潜热exergy2.4.3水及水蒸气的exergyhhAhBh0APTBOs0s0P0T0B’水蒸气exergy的图解法2.4.3水及水蒸气的exergyhhAhBh0APTBOs2.4.4压力exergy

温度与环境温度相同，压力与环境压力不同dT=0，开口体系工质压力exergy2.4.4压力exergy

温度与环境温度相同，压力与环境封闭体系工质压力exergy压力exergy封闭体系工质压力exergy压力exergy2.4.5混合气体的exergy气体的混合过程是不同分子相互扩散的过程，它是一个不可逆过程，体系的总熵将增加，可用能将减少。设混合前两种气体具有相同的温度T和压力p,分别有n1和n2。混合前的exergy分别为混合后的温度和总压力保持不变，分压力分别为p1和p2,则混合物的exergy为2.4.5混合气体的exergy混合后的温度和总压力保持)lnln(lnln''221102120210122112211xnxnRTenppRTnppRTnenenenenExxiixxxxm++=+++=+=å式中1mol混合气体)lnln(lnln''221102120210122112各组分的摩尔成分xi<1，lnxi<0，式中的第二项为负值。因此，混合物的exergy值小于组成混合气体的各组分的exergy值之和。混合过程温度不变（T1=T2=T），熵的变化为各组分的摩尔成分xi<1，lnxi<0，式中的第二项为负值成分和组成与环境不同而具有exergy值称为扩散exergy。标准空气exergy为零各组分（纯气体）标准exergy为成分和组成与环境不同而具有exergy值称为扩散exerg由各纯组分的标准exergy值，则混合气体的exergy值为混合气体exergy为由各纯组分的标准exergy值，则混合气体的exergy值

2.4.6化学exergy由于与环境的温度、压力不同时属于物理不平衡，因而具有的exergy叫物理exergy。即使在环境温度T0和压力p0下，如果与环境存在化学不平衡，则仍可能具有可用能。这种由于化学不平衡具有的exergy称为化学exergy。（1）化学反应的反应exergy由热力学可知，在可逆等温反应过程中，稳定流动系统做出的最大有用功等于系统自由焓的减少。G—自由焓，G=H-TSH2-H1—反应焓；S2-S1—反应熵。2.4.6化学exergy（1）化学反应的反应（2）元素化学exergy的计算对于存在于大气中的各元素，根据已计算出分子标准exergy，则其元素的标准化学exergy为：（3）化合物的标准exergy的计算则化合物的标准exergy为：（2）元素化学exergy的计算（3）化合物的标准exerg（4）燃料的化学exergy在基准状态p0、T0下，燃料与氧气一起稳定地流经化学反应系统时，以可逆方式转变到完全平衡的环境状态所能做出的最大可用功。它包括氧化反应的反应exergy以及燃烧产物在标准空气中的扩散exergy。由于燃烧产物的扩散exergy难以被利用，习惯上暂不考虑扩散exergy。燃料的基准化学exergy为:式中

Qdw

—

燃料的低位发热值；△sθ—反应熵，生成系熵的H2O按气态计算。气体燃料=0.95Qgw

液体燃料=0.975Qgw

固体燃料=Qdw+2438w

（4）燃料的化学exergy式中气体燃料=02.5

exergy平衡能量守恒是一个普通的定律，能量的收支应保持平衡。exergy只是能量中的可用能部分，在转换过程中，一部分可用能将转变为不可用能，exergy将减少。这并不违反能量守恒定律，exergy平衡是exergy与exergy损失之和保持平衡。设穿过体系边界的输入exergy为Exin，输出exergy为Exout，内部exergy损失为Iint，体系内部积存量为，则平衡关系为对稳定流动体系，内部exergy的积累量为零。对多股流体，对照能量方程式：2.5exergy平衡能量守恒是一个普通

exergy平衡方程式为

脚标1—流入的各股流体携带的能量；脚标2—流出的各股流体携带的能量。

体系exergy分为支付exergy（

Exp）,收益exergy（Exg）以及未被利用exergy（Ex1），也称外部exergy损失，用Iext表示。exergy平衡关系可表示为IExgIintEx1ExgExp+=++=exergy平衡方程式为IExgIintEx1ExgExp2.5.1流动过程的exergy平衡（1）节流过程通过阀门的流动过程是最简单的过程，如下图所示。流经阀门时压力降低，可看成是绝热节流过程。能量平衡关系H1=H2exergy平衡关系内部exergy损失2.5.1流动过程的exergy平衡能量平衡关系H1=（2）输出功的过程工质流经汽轮机膨胀对外做功时，可看成是绝热膨胀输出功的过程。能量平衡关系H1=H2+Wexergy平衡关系Ex1=Ex2+W+Iintexergy收入为Exin=Ex1。exergy支出为Exout=Ex2+W,内部exergy损失为Iint=Exin–Exout=Ex1–Ex2–W（2）输出功的过程能量平衡关系exergy收入为Exin=（3）输入功的过程工质流经压缩机、风机和泵的时候，可看成是绝热压缩的过程，需要消耗外功来提高其压力。能量平衡关系H1+W=H2exergy平衡关系内部exergy损失Ex1+W

=Ex2+IintIint=Exin–Exout=Ex1–Ex2+W（3）输入功的过程能量平衡关系H1+W=H2exergy2.5.2混合过程混合过程是不可逆过程。实际的混合过程常会产生热。混合器分绝热混合器和有冷却的混合两种。（1）绝热混合能量平衡H1+H2=H3exergy平衡Ex1+Ex2=Ex3+Iint内部exergy损失Iint=Ex1+Ex2–Ex3绝热混合过程2.5.2混合过程H1+H2=H3绝热混合过（2）放热混合如果混合器外有冷却水套，将混合热传给冷却水。放热混合过程能量平衡H1+H2=H3+Qexergy平衡Ex1+Ex2=Ex3+

ExQ+Iint内部exergy损失Iint=Ex1+Ex2–Ex3－ExQ（2）放热混合放热混合过程能量平衡2.5.3分离过程根据能量形式不同，分为受热分离和受功分离。（1）受热分离蒸馏釜中实现的分离过程属于受热分离。能量平衡H1+Q=H2+H3exergy平衡Ex1+ExQ

=Ex3+Ex2

+Iint内部exergy损失Iint=Ex1+ExQ—Ex2–Ex3受热分离2.5.3分离过程能量平衡受热分离（2）受功分离

制氧机实现的空气分离过程就属于受功分离，消耗压缩空气所需的功。受功分离能量平衡H1+W=H2+H3exergy平衡Ex1+W

=Ex3+Ex2

+Iint内部exergy损失Iint=Ex1+W－Ex2–Ex3（2）受功分离受功分离能量平衡2.6exergy损失计算2.6.1燃烧exergy损失分析燃烧器的能量平衡和exergy平衡，求得内部exergy损失就是燃烧不可逆exergy损失。燃烧exergy损失能量平衡Hf+Ha=Hg2.6exergy损失计算2.6.1燃烧exe燃料与空气未预热，以环境温度进入系统，tf=ta=t0，则燃烧器的exergy平衡为

燃料和空气未预热燃料与空气未预热，以环境温度进入系统，tf=ta=t0，则燃燃烧exergy损失率是燃烧exergy损失与供给的exergy之比。即2.6.2传热exergy损失物质实际的加热或冷却过程，是在有限温差下进行的传热过程。有温差的传热是不可逆过程，即使没有热量损失，也必然会产生exergy损失。在无散热损失时，能量平衡关系为燃烧exergy损失率是燃烧exergy损失低温物体得到的热量exergy为高温物体失去的热量exergy为传热exergy损失为如果考虑向外界散热δQ′,传热exergy损失为低温物体得到的热量exergy为高温物体失去的热量exerg（1）恒温热源间的传热传热exergy损失为（2）有限热源间的传热高温热源温度从TH1降至TH2，低温热源从TL1升至TL2。（1）恒温热源间的传热传热exergy损失为（2）有限热源间传热总exergy损失为传热总exergy损失为比热容不为常数或传热过程发生相变，转移的热量可按焓的变化计算传热exergy损失为比热容不为常数或传热过程发生相变，转移的热量可按焓的变化计算（3）换热器中的传热换热器中的传热（3）换热器中的传热换热器中的传热不考虑向外界散热，则热平衡关系为热流体的exergy减少和冷流体的exergy增加分别为传热exergy损失为不考虑向外界散热，则热平衡关系为热流体的exergy减少和冷当不计换热器内的流