工程热力学课件第5章 火用分析基础.ppt

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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.T1T2=300KEQ1=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：E＝Ex＋An说明：(1)An＝0：E可全

2、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；AnZoranrant:Ex

3、ergos§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ExdSExQTST0SAnQ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

4、]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）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

5、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

6、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、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pST0QT12347653'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：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

7、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：思考题1~5P131：习题：1、2习题3：P39第11题求同时存在温差和摩擦情况下的：（1）各温度下热量的火用值；（2）各不可逆过程的熵产和火用损失；（3）总熵产和总火用损失。