第五章-可用能(火用)分析基础.ppt

第五章第五章 分析分析 5.1 Exergy和和Anergy的基本概念的基本概念高级能高级能低级能低级能无效能无效能机械能机械能/电能电能100%转化转化质和量统一质和量统一热能热能/内能内能不能无偿地不能无偿地100%转化转化环境介质的内能环境介质的内能无法转化为可用的无法转化为可用的机械能，质为零机械能，质为零有效能有效能/可用能、可用能、Exergy/Availability/Availableenergy评价能量价值（量和质）的物理量评价能量价值（量和质）的物理量为合理用能指明方向为合理用能指明方向.约束条件约束条件以给定的环境为基准，以给定的环境为基准，Ex=0Ex系统由任一状态经系统由任一状态经可逆过程可逆过程变化到与变化到与给定环给定环境境状态相平衡时所做的状态相平衡时所做的最大理论功最大理论功可逆过程，可逆过程，获得理论功获得理论功除环境外，无其他热源或冷源除环境外，无其他热源或冷源An一切不能转换为一切不能转换为Ex的能量的能量E=Ex+An e=ex+an可逆过程可逆过程dsg=0W=0Ex=const不可逆过程不可逆过程dsg0W损失损失Ex损失，损失，An增加增加能量守恒能量守恒孤立系统孤立系统Ex减减An增原理增原理过程进行方向的判据过程进行方向的判据.5.2 Ex的计算的计算Ex的分类的分类.*热量热量Ex系统与外界由于存在温差而传递系统与外界由于存在温差而传递的热量，不能完全转换为有用功的热量，不能完全转换为有用功ExQ：温度高于环境温度的系统与外界传递：温度高于环境温度的系统与外界传递的热量所能做出的的热量所能做出的最大有用功最大有用功*功能功能Ex电能电能/机械能机械能/水利能水利能/风能等功源可风能等功源可100%地地被用以完成功，都可以直接转化为机械能被用以完成功，都可以直接转化为机械能理论上：理论上：功源功源Ex值值=功源总能量功源总能量Ex An.sT123456ExQAnQT0.高温下的热能较低温下的高温下的热能较低温下的热能具有更大的可用性，热能具有更大的可用性，可完成更多的有用功可完成更多的有用功.*冷量冷量ExsT432156ExQQT0低于环境温度下的系统与外界交换的热量称为低于环境温度下的系统与外界交换的热量称为冷量冷量Ex冷流与热流方向相反冷流与热流方向相反在冷量交换过程中伴随着在冷量交换过程中伴随着冷量冷量Ex的交换的交换.系统放热系统放热Q区别区别热量热量Ex 冷量冷量Ex放出热量放出热量Ex系统吸热系统吸热Q放出冷量放出冷量ExExQ与热量与热量Q方向一致方向一致ExQ与热流与热流Q方向相反方向相反.*物质或物流物质或物流ExsTpTAvT0BOpp0pApBp0OBATT0物理物理Ex（温差（温差&压力差）压力差）物理物理Ex：工质工质压力压力p和温度和温度T与环境压力与环境压力p0和温度和温度T不平衡，系统经历不平衡，系统经历可逆过程可逆过程过渡到与环境相平衡的过渡到与环境相平衡的状态，系统对外做的状态，系统对外做的最大功中的有用功最大功中的有用功就是工质的就是工质的物理物理Ex，也称内能，也称内能Ex.闭系工质物理闭系工质物理Ex开系工质物理开系工质物理Ex（焓（焓 ）物理物理Ex取决于工质状态和环境状态取决于工质状态和环境状态除环境外无其他热源，则工质始除环境外无其他热源，则工质始/终态的终态的Ex值即为这一过程中所能提供的最大有用功值即为这一过程中所能提供的最大有用功.5.3 Ex损失损失实际过程中不可逆因素：实际过程中不可逆因素：温差传热温差传热 摩擦摩擦*温差传热引起的温差传热引起的Ex损失损失.sT123465T0T17812sT123465T0T07834.Ex流流.*摩擦引起的摩擦引起的Ex损失损失sT123456T0T173.*能级与能量贬值原理能级与能量贬值原理能级：能级：能量能量Ex值与能量数量的比值值与能量数量的比值衡量能量的可利用性衡量能量的可利用性机械能机械能/电能电能热能热能供能的能级与用户用能的能级差较供能的能级与用户用能的能级差较小，则匹配合理，否则就不合理小，则匹配合理，否则就不合理能级分析在大系统能量匹配中很有用能级分析在大系统能量匹配中很有用在不可逆过程中，能量的数量虽然不变，但在不可逆过程中，能量的数量虽然不变，但Ex减少了，能级降低了，减少了，能级降低了，做功能力下降了，即能量的品质下降了，这就是做功能力下降了，即能量的品质下降了，这就是能量贬值原理能量贬值原理.Ex方程的微元形式方程的微元形式稳定流动稳定流动多股流体进出多股流体进出综合了热一综合了热一/热二律热二律,既体现了能量在既体现了能量在数量上的关系数量上的关系,又表现了质量上的关系又表现了质量上的关系Ex方程方程5.4 Ex方程方程.5.5 Ex效率与热效率效率与热效率Ex效率效率：Ex的收益量与的收益量与Ex的支出量之比的支出量之比可表示系统中不可逆因素引起的可表示系统中不可逆因素引起的Ex损大小损大小;可逆过程可逆过程,Ex效率为效率为1.热力循环的热量热力循环的热量Ex效率效率热力装置热效率热力装置热效率卡诺循环的热效率最大卡诺循环的热效率最大相对效率；反映了实际相对效率；反映了实际过程偏离理想可逆过程过程偏离理想可逆过程的程度；从质量上说明的程度；从质量上说明了应该转变成的可用能了应该转变成的可用能中有多少被实际利用了中有多少被实际利用了从数量上说明了有从数量上说明了有多少热能转变为功多少热能转变为功.5.6 热经济学思想简介热经济学思想简介Ex分析法仍存在着不足之处分析法仍存在着不足之处热经济学有可能解决这些问题热经济学有可能解决这些问题Ex经济方程经济方程.