热能在热动力平衡中的应用.doc

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1、...热能法在热动力平衡中应用在热力系统的计算中，需要经常地、大量地计算、换算各种流体的状态、能量、热量、做功等，还需要涉及温度、温差、压力、流量、焓、熵等热力学概念，其计算的复杂程度不亚于任何一场方程式赛车比赛，而且会经常把人绕进死胡同而犯错，初接触这类计算的人会常常被绕的五迷三昏的不知所措。1.问题的提出首先观察一下某热电联产企业的热动力平衡图，见图1所示。751.0MPa320℃4.2MPa105℃0.120551.63.8MPa450℃75t/h汽轮机751.5锅炉076.5锅炉0发电机~000换热站552045t/h550来自脱盐水站图1热动

2、力平衡图.......从图1可以看出该企业的整个热力循环过程，工质是如何分配及流转的，并可清晰直观地了解到蒸汽、水等工质的数量、压力、温度等数据，不可谓不详尽。然而，在这个图中，我们目前还无法快速直观地看出热能、热量的数量及相互分配关系，包括工质在各个状态的能量及转换关系，这对从能量角度分析系统利用状况造成些许不便，虽然我们可以通过计算得出这些结果，但这仍不能不说是一种缺憾。2.典型计算方法声明：这里所谓的典型计算方法，是热力学理论中的若干常用物理量而非全部的理论计算方法，有关的计算条件和适用围请参考理论书籍。本文不是热力学教科书，相关热力学概念、定义

3、请查阅热力学理论，个别容可能与热力学教科书冲突。2.1热量热量是物质通过热交换转移（或传递）的热能的量度，可用下式表示：Q=mc△t（1）式中：Q物质吸收或放出的热量，单位为千焦（kJ）；m物质的质量，单位为千克（kg）；c物质的比热容，单位为千焦每千克每开（kJ/kg·K）；△t物质温度差，单位为开（K）（也可用℃）。.......热量只发生在两个物体间，可以直接接触，也可以间接接触并且有温差的条件下，其结果是一个物体因吸热而温度升高，另一个物体因放热而温度降低，一个物体放热必然等于另一个物体吸热。对于多个物体同样适用。工程中，常用kJ、MJ、GJ表

4、示热量的单位，其关系是：1GJ=1MkJ=1000MJ=1000000kJ。2.2热能热能是物质分子热运动具有的分子动能和分子势能的总和，用下式表示：E=E动能+E势能（2）式中：E热能，单位焦耳（J）；E动能分子运动的动能，单位为焦耳（J）；E势能分子势能，单位为焦耳（J）。由于动能和势能都是温度的函数，热力学引入焓的概念，用以表述物质在不同温度下具有的热能，因此热能又可表述为：E=mH（3）式中：m物质质量，单位为千克（kg）；H物质在特定温度下的焓，单位为千焦每千克（kJ/kg）。焓是单位质量物质所包含的热能的量度，它与流体的温度、压力有密切关系

5、，因势能是相对的，焓也是个相对物理量，热力学常都是以0K（-273.15℃）的焓为参考点，实际应用中也可以任意温度为参考点，但最好是以所有可能的温度中的最低温度为参考点，以使热能永远为正值。.......焓可以通过焓温表查得。一般而言，温度高的物质焓也高，压力高的物质焓也高，焓与温度、压力等物理量并非是线性关系，尤其是涉及相变时会突然变化。2.3热量与热能的区别从前述表述可以看出，热量是物质发生热交换而传递的能量，换句话说，没有热交换就不会有热量产生；而热能是物质本事所具有的能量，它与是否发生热交换无关，是物质本事具有的属性。热量是个绝对概念，而热能是

6、个相对概念，显然，热量与热能应该是两个不同属性的概念，但许多资料都将热量与热能混为一谈，甚至一些教科书也将二者相混淆，这应该是不正确、不严谨的。热量的传递或转移，都将引起温度的变化，如果二个物体在等温条件下相互接触，必定不会发生热交换，按（1）式的定义，热量必然为0，这一点恐怕没人质疑。但这两个物体各自都有其热能，按（2）或（3）式的定义，它们一般都不会为0（除非事先规定该温度为热能的参考点）。热量的单位与热能的单位都是焦耳，也与功的单位相同，但它们都是完全不同的物理概念，请读者正确理解其本质的不同。2.4功功是使物质的能量从一种形式转化为另一种形式的

7、量度，用下式表示：W=△E（4）式中：W功，单位焦耳（J）；△E能量变化量，单位焦耳（J）。.......做功有二个显著特征，其一是某种能量在数值上发生变化；其二是这种能量必定转变为其它形式的能量。显然，热量转移过程是不会做功的，因为热能转移后依然还是热能，并没有转变为其它形式的能量。同样的，热能发生变化，未必会伴随做功，只有当热能转变为其它形式的能量（如热能通过热机转变为机械能）时，才会产生做功。做功的本质是将与功对应的某种能量转变为其它形式的能量。工程上，通常用kJ、MJ、GJ作为功的单位，换算请参阅2.1。2.5功率物体对外做功的能力称为功率，用

8、下式表示：P=W/t（5）式中：P功率，单位为瓦特（W）；W功，单位为焦耳（J）；t时间，单位