工程热力学课件第5章火用分析基础

第五章分析根底§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〞的差异，还有“质〞的差异.T1T2=300

KEQ1

=1000kJWamx=?例如：T1＝1500K、500K、300K，Wmax=？T1＝1500K：Wmax＝800kJT1＝500K：Wmax＝400kJT1＝300K：Wmax＝0kJWmax=cQ1＝〔1－T2/T1〕Q1Q1“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，还与其质量上下有关。如何度量能量的“质〞呢？引入：“火用〞概念任何形式的能量E都由火用和火无两局部组成：E＝Ex＋An说明：(1)

An＝0：E可全部转化为有用功，如机械能、电能、风力、水力(2)Ex＝0：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可局部转化为有用功，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局部。符号；AnZoranrant: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TSAnQExQTQT0假设系统温度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ExdSExQTST0SAnQ

Q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有用的局部只占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〕TST0pp0p'AOBSS0T工质（p，T）环境（p0，T0）。可逆过程做功最大，构造：〔1〕定S膨胀〔A→B〕（p，T）（p'，T0）（p0，T0）

做功W1

定S膨胀定T

膨胀

做功W20〔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

(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：ex2wmax=ex1－ex2=114.5kJ/kg2、开口系工质物理火用〔焓火用〕稳流开口系工质焓火用：工质从进口（p，T）出口（p0，T0）所做的最大技术功。（p，T）

（p'，T0）（p0，T0）

做功Wt1

定S膨胀定T

膨胀做功Wt2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假想热源RQ2WT0TAQ工质温度

QTBT0'假想热源Q01、假设无温差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pST0QT12347653'假设膨胀过程2-3不可逆：2-3'，那么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：El§5.3.3能级、能量贬值原理1、能级〔Ω〕定义：机械能、电能：Ω=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