第二篇1章能量系统的火用分析方法.ppt

19世纪50年代,克劳修斯在前人研究的基础上,概括而又确切地阐述了热力学的两个基本定律。但由热力学第二定律建立起来的能质概念,长期以来却缺乏理论上的认识,迟迟地未能为工程技术界所接受。直到20世纪50年代,火用的概念被正式确立,参数火用获得国际确认,才结束了这种不合理状况,能量的品质概念才为越来越多的人所接受,并开始走向工程应用。
火用的概念是进行火用值计算和工程火用分析的理论基础,它不仅完善、丰富了工程热力学的理论,而且对现代能源应用科学产生了深远的影响。
第2篇能量系统的火用分析方法
我们把在周围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(exergy)或有效能(available energy),能量中不能够转变为有用功的那部分能量称为该能量的火无(anergy) 或无效能(unavailable energy)
能量=火用+火无
引用火用的概念,可以将热力学第一定律表述为:“在任何能量的转换过程中火用和火无的总和保持不变”。
可以将热力学第二定律表述为:“每种能量都是由火用和火无两部分所组成,不可能使火无转变为火用而不引起其它变化”。
第6章物理火用
能量和火用
卡诺热机的热效率为
当以温度为的周围环境为低温热源时,卡诺机的热效率为
根据卡诺循环和卡诺定理,引出了热火用和热火无的概念
自然环境和环境状态
1、自然环境
周围自然环境当作一个具有不变压力,不变温度和不变化学组成的庞大而静止的物系,即便在接受或放出热量和物质时,其压力、温度和化学组成仍保持不变。称为环境压力,称为环境温度。
任何一个系统与环境处于热力学平衡的状态称为环境状态。

热力学平衡包括热平衡,力平衡和化学平衡。当不涉及化学反应或扩散等系统时,系统可以与环境仅处于力平衡和热平衡,称之为不完全热力学平衡。
当研究涉及化学反应系统,如后面的化学火用时,此时系统与环境的平衡状态不但涉及力平衡和热平衡,而且还涉及化学平衡,称之为完全热力学平衡。
系统所具有的火用也会因基准状态选取不同而具有不同的值。当我们研究的系统是不涉及化学反应和扩散的简单可压缩系统时,常常选取不完全平衡环境状态作为基准状态,此时系统能量所具有的火用称为能量的物理火用。
3、物理火用,化学火用
对于不完全平衡环境状态
对于完全平衡环境状态
当我们研究的系统涉及化学反应及扩散时,常取完全平衡状态作为基准状态,此时系统所具有的火用是物理火用和化学火用之和。
系统的能量的化学火用是系统在, 条件下对于完全平衡环境状态因化学不平衡所具有的火用。
可逆
2).轴功和循环功的火用
机械火用
1、机械能火用
2、机械功火用
1).体积变化功的火用
图 2-1-1
热量火用和冷量火用
1、热量火用及其在T-S 图上表示
显然
T
S
T0
Ex,Q
An,Q
图 2-1-2
2、冷量火用冷量是系统在低于环境温度下通过边界所传递的热量。
因而冷量火用也就是低于环境温度的热量火用。
与热量火用不同,冷量火用流的方向和冷量流
的方向是相反的。
借可逆机计算冷量火用
冷量火用和火无
在T-S图上的表示
冷量火用也可以写成卡诺系数与该冷量的乘积,即
;或

或;
表2-1-1 不同温度和下卡诺系数的绝对值
t,℃
t0,℃
0
-50
-100
-150
-200
-250
0
0





20






40






60






热量火用和温度T的关系