第五章—火用分析基础

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1、5火用分析基础能量平衡只讨论量，不讨论质。火用平衡既讨论量，还讨论质。所以数量相同而形式不同的能量，其有用程度是不一样的；不同形式、不同状态下的能量，作功能力也是不同的。我们知道：系统放出的热能和内能不可能完全转变成有用功，而机械能、电能理论上则可以100％转换为其他形式的能。5.1基本概念1956，I.Rant（I.郎特）AvailableEnergyEnergyExergy东南大学夏彦儒教授翻译●如何评价能量的价值???AvailabilityAnergy可用能，有效能可用度火无火用UnavailableEnergy无效能●三种不同品质的

2、能量1、可无限转换的能量如：机械能、电能、水能、风能理论上可以完全转换为功的能量——高级能量2、不能转换的能量理论上不能转换为功的能量——无效能如：环境（大气、海洋）3、可有限转换的能量理论上不能完全转换为功的能量——低级能量如：热能、焓、内能（Ex）（An）（Ex+An）●火用和火无的概念火用（exergy）：1、在环境条件下，任一形式的能量中理论上能够转变为有用功的那部分能量，称为该能量的火用，用Ex表示，单位:J、kJ；2、热力系统由任一状态可逆地变化到与环境平衡时所作出的最大有用功。火无（anergy）：系统中不能转变为有用功的那部分

3、能量称为火无；用An表示，单位:J、kJ。比火用：ex单位：J/kg，kJ/kg比火无：an单位：J/kg，kJ/kg则任何能量E都由火用（Ex）和火无（An）两部分组成，即机械能、电能：An=0Ex=E环境介质中的热能：Ex=0●度量能量的可用程度标准：能量的作功能力——火用、有效能、可用能约束条件：★以给定的环境为基准，在该环境状态下火用值为零；★作功过程是完全可逆的，这样才能获得理论功；★过程中，除环境外，无其它热源或功源参与作用，这样才能使获得的功全部是由给定状态下物质的能量转化而来的。热一律和热二律的Ex含义一切过程，Ex+An总量

4、恒定热一律：热二律：在可逆过程中，Ex保持不变在不可逆过程中，部分Ex转换为AnEx损失、作功能力损失、能量贬值任何一孤立系，Ex只能不变或减少，不能增加——孤立系统Ex减原理由An转换为Ex不可能■能量转换过程中，火用和火无的总和恒定不变■可逆过程没有功损失，能量不贬值■不可逆过程功有损失，能量贬值，，——不可逆过程伴随火用损失■火用可作为过程进行方向的判据比熵更直观，物理意义更明确5.2火用值的计算●热量火用●冷量火用●物质或物流火用化学火用物理火用动能火用位能火用扩散火用●功源火用电力火用水力火用风力火用地力火用波浪火用火用可分为以下几

5、类：5.2.1功源火用机械能、电能、水能、风能等功源可以100%地被用以完成功，都可以直接转化为机械能，所以理论上功源火用值与功源总能量相等，火无值等于零。5.2.2热量火用在T0（环境温度）和T（T>T0）两热源间实施卡诺循环，热源（系统）T放出热量Q时，所能产生的最大功就是热量Q的热量火用（有效能）。根据热力学第二定律，该热量火用就是两热源之间卡诺循环的循环净功。系统温度高于环境温度时系统与外界传递的热量所做的最大有用功称为热量火用，用ExQ表示。则：若则●ExQ取决于Q、T和T0◆当T0＝Const，单位热量火用（ExQ/Q）只是T的单

6、值函数◆高温热源较低温热源具有更大的可用性●AnQ与T0、△S有关●Q<0，ExQ<0，系统放热，系统也放出了火用，系统对外界作功Q>0，ExQ>0，系统吸热，系统也吸收了火用，外界对系统作功5.2.3冷量火用低于环境温度的系统（T

7、，用ExQ’表示。则若则冷量火无为循环从环境的吸热量●ExQ’与Q’、T、T0有关，T0=const，ExQ’/Q’是T的单值函数。T↓→ExQ’↑T→0，ExQ’→∞T↑→ExQ’↓T→T0，ExQ’→0◆系统吸热，放出冷量火用，δQ’>0，ExQ’>0，系统对外界作功；◆系统放热，吸入冷量火用，δQ’<0，ExQ’<0，外界对系统作功。通常，使制冷系统中冷库温度降低并维持低温，必须从系统取出热量（或者说得到冷量），而环境以外的外界必须提供有用功，所以有“冷量火用”之称。●热量火用与冷量火用的不同热量火用：系统放出热量的同时，

8、放出热量火用，火用值，ExQ与Q方向一致。冷量火用：系统在吸收热量的同时，放出了冷量火用，冷量火用的方向总是与热流Q’的方向相反。当，。单位热量的火用（不是比火用