高等工程熱力學(xué)- 能量的可用性

1、Advanced Thermodynamics（高等熱力學(xué)） 能量的可用性(Availability, Exergy Analysis)人類社會的發(fā)展與能量的利用密切的關(guān)系。但是，直到一百年前，人們才系統(tǒng)地掌握了科學(xué)利用能量的基本規(guī)律（核心：熱力學(xué)第一、第二定律）各種不同形式的能量對人類的有用程度不同 能量的轉(zhuǎn)換過程具有方向性與不可逆性工程應(yīng)用中，熱力學(xué)第二定律具有特殊意義 卡諾提出，工作在高溫?zé)嵩?T1 與低溫?zé)嵩?T2 之間的任何熱機，當(dāng)從高溫?zé)嵩次?Q1能量時，最多可轉(zhuǎn)換為有用功的部分為：)(101在循環(huán)過程中從熱源吸收的熱量q不能全部轉(zhuǎn)換為功，其最大值為Wmax能量轉(zhuǎn)換的限度Wmax

2、熱量火用閉口系統(tǒng)絕熱過程，系統(tǒng)由初態(tài)1變化到終態(tài)2，熱力學(xué)能轉(zhuǎn)化為功: W=u1-u2初態(tài)一定時，其終態(tài)2不能隨意給出： S2S1絕熱系統(tǒng)熱力學(xué)轉(zhuǎn)換為有用功最大值為：Wmax=u1-u2-p0（v2-v1）相反，任意數(shù)量有用功可以通過耗散全部轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)能。熱力學(xué)能轉(zhuǎn)換為有用功的限度 能量轉(zhuǎn)換的非對稱性 機械能和電能可以不受限制地轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)能； 但即使是可逆過程熱力學(xué)能和熱量不能全部轉(zhuǎn)換為功能量轉(zhuǎn)換的規(guī)律能量轉(zhuǎn)換程度作為準(zhǔn)則1、無限轉(zhuǎn)換能2、有限轉(zhuǎn)換能3、非轉(zhuǎn)換能一切形式的能量由和火無組成,火用和火無是能量的屬性在給定的環(huán)境介質(zhì)下能 量轉(zhuǎn)換為任何其他形式能量的部分火用能量中無法轉(zhuǎn)變?yōu)榛鹩玫牟?/p>

3、分火無能量=火用+火無，其中每一組成部分可分別為零。熱力學(xué)第二定律另一種表述 （1）一切不可逆過程必有火用轉(zhuǎn)化為火無. （2）由火無轉(zhuǎn)化為火用的過程是不可能的. （3）孤立系統(tǒng)的火用只減不增.9含有不同（火用）/（火無）的能量形式和能量傳遞形式（火用） /（火無） 分配的示例能量形式、能量傳遞形式（火用）/（火無）注釋機械能純（火用）流電功純（火用）流熱流 時發(fā)生傳遞 熱流（火用）熱流 ，在 下傳遞純（火無）流體積功 ，在 時完成有用功體積功 ，在 時完成純（火無）流0,Q TTQ0T12W0pp12W0pp=(),01/E revQTT Q=-()212,01E revWppdV= -環(huán)境參

4、數(shù)對能量轉(zhuǎn)換的影響 一切過程都是不可逆的，火用轉(zhuǎn)變是無法改變的，無限轉(zhuǎn)換能（火用）的儲存會不斷地減少，所以人類活動不能建立在無節(jié)制向自然界的索取上。 環(huán)境介質(zhì)作為一個無限蓄熱系統(tǒng)，認(rèn)為它永遠(yuǎn)處于平衡狀態(tài)，而參與一切熱力過程，即它能吸收熱量或放出熱量而不改變其強度參數(shù)T0及p0。 環(huán)境中積聚的能量是無法利用的，全球海水質(zhì)量約為m=1.421021kg，如海水溫度降低3.36106K ，其熱力學(xué)能減小量相當(dāng)于20世紀(jì)80年代中期全球一年用電量。 系統(tǒng)與環(huán)境平衡的狀態(tài)稱為“死態(tài)”，在死態(tài)系統(tǒng)的熱力學(xué)能完全喪失轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能力。因此，各種形式能量中可轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ牟糠值挠嬎愣家原h(huán)境狀態(tài)為基點。系統(tǒng)能量分

5、析方法目的： 確定系統(tǒng)各部位的能量損失的性質(zhì)、大小， 提高系統(tǒng)或裝置對能量利用的效率。方法：第一定律分析法和第二定律分析法第一定律分析法依據(jù)能量在數(shù)量上守恒；方法計算各部位能量轉(zhuǎn)換、傳遞、利用和損失的 數(shù)量，確定該系統(tǒng)的能量利用或轉(zhuǎn)換效率；特征能量數(shù)量上的平衡，考慮了能量數(shù)量利用程 度，反映能量數(shù)量的“外部損失”。如蒸汽 動力裝置熱平衡揭示鍋爐散熱、排煙和不完 全燃燒損失、汽輪機和管道等的散熱損失及 冷凝器的熱損失；標(biāo)志裝置的熱效率。第二定律分析法依據(jù)綜合第一定律、第二定律；方法從能量的數(shù)量和質(zhì)量來分析系統(tǒng)各部 位揭示出能量中火用的轉(zhuǎn)換、傳遞、 利用和損失情況；特征抓住不可逆過程中火用轉(zhuǎn)變?yōu)榛馃o、 火無不可能轉(zhuǎn)變?yōu)榛鹩?，揭示系統(tǒng)內(nèi) 部能量“質(zhì)”的貶值和損耗；標(biāo)志系統(tǒng)火用效率兩類方法所揭示的不完善部位及損失的大小不同第一定律分析第一定律分析最大能量損失最大能量損失 由以上分析可見，火用分析與能分析相比較