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Hefei University of Technology 2.4 能量的Ex计算 Exergy是一种能量，代表了能量中“量”和“质”相统一的一部分。这样就可以用Exergy来表征能量的质量或品位，来评价和比较各种不同形态的能量。数量相同而形式不同的量， Exergy大的成为品位高或能质高； Exergy少称之为品位低或能质低。 根据热力学第二定律，高品位能是能够自发地转换为低品位能，而低品位能不能自发地转换为高品位能，能质的降低意味着Exergy的减少。 环境与物系的基准状态 (1)自然环境是Ex的自然零点（因为当物质处于自然环境当中，并与自然环境间建立了热力学平衡时就不再有任何自发过程发生，因而其Ex值为0），所以为了计算Ex值，首先应对自然环境加以定量表述。 真实的环境是复杂的，其温度、压力、化学组分、浓度等参数大多会因时因地而不同。而且同一元素可组成环境中存在的各种物质，而在Ex计算中所表述的自然环境，是一种概念的环境，有其客观的实在性，又有人为的规定性，这种规定性还根据具体对象不同而不同。 (2)自然环境的两个特点： ①是一个范围很大的静止体系，其各部分T、P相等，组分均匀，且不随时间而变化。 ②是一个庞大而恒定的热源和物质源，不会因为得到或给出热量或物质而改变其自身的T、P或组成发生变化，即任何过程都不会对环境的热力学性质产生影响。 (3)环境模型 规定环境，主要是规定物系的基准状态，目前得广泛承认和应Ex的环境模型主要有两个 ①波兰学者斯蔡古特（J.Szargut）提出的环境模型 ②日本学者龟上秀雄和吉田郝夫的龟上－吉田模型 (4)环境状态 环境状态——系统与环境处于热力学平衡时的状态。 此时系统所具有的各种形式能量的Ex值，与环境状态不同的任何系统所具有的能量都含有Ex。 环境状态的规定还要根据所研究的具体对象来决定。 (5)热力学平衡： ①不完全热力学平衡，即只有热平衡和动平衡。当取不完全平衡环境状态作为基准状态时，一个系统的能量具有的Ex成为该能量的物理Ex。 ②完全热力学平衡，即具有热平衡、力平衡和化学平衡。当取完全平衡环境状态作为基准状态时，一个系统的能量具有的Ex是物理Ex和化学Ex之和。 物理Ex——物质仅因为温度和压力与环境的温度和压力的不同所具有的Ex。化工单元操作中的加热、冷却、压缩和膨胀等过程只需考虑物理Ex。 化学Ex——物质由于组成与环境不同所具有的Ex（书上：因化学不平衡所具有的Ex）。当涉及到几种物质的混合、分离和化学反应等过程要考虑物理Ex和化学Ex。 机械形式能量的Ex ②功：轴功、净功 容积变化功（膨胀功、推挤功、流动功）：当系统在环境中做功的同时发生容积变化时，与环境必然有功量交换，系统要反抗环境压力做功，这部分为熓，不可用： ①动能、位能：全是Ex——动能Ex，位能Ex 流动功Ex为0！ 如果一个系统在热力过程中没有容积功变化或与环境交换的净功量为0，则通过系统过届所做的功全部是有用功，即全部是Ex，其熓为0。 热量Ex/冷量Ex 热量Ex是指系统所传递的热量在给定的环境下用可逆方式所能做出的最大有用功。根据热力学第二定律(或卡诺定理)，在温度T0的环境下从高温T（恒温）热源中取出热量Q的有Ex能，即 热量Ex为： 热量熓为： 封闭系统的Ex 定义：任一封闭系统从给定状态以可逆方式转变到环境状态，并只与环境交换热量时所能做出的最大有用功称为给定状态下封闭系统的Ex。 包括：动能Ex 位能Ex 内能Ex 内能Ex 设封闭系统参数 ，环境状态下系统参数 ，封闭系统由给定状态到环境状态可能做的最大功 ，系统从环境吸热 ，内能变化 ，推挤功 ，则有 而在可逆过程中 所以封闭系统Ex为： 在t0、p0环境中，闭系从状态1过渡状态2所完成的最大有用功为初、终态Ex值之差，即： 经积分可得 Ex A 稳定流动系统的Ex 定义：稳定物流从任一给定状态开口系统以可逆方式转变到环境状态，并且只是与环境交换热量所能做出的最大有用功。 任意开系储有的能量有宏观位能、宏观动能、焓。下面讨论焓Ex。 焓Ex 设开系参数 环境状态参数 忽略宏观动能、位能有： 而在可逆过程中有 所以 在t0、p0环境中，闭系从状态1过渡状态2所完成的最大有用功为初、终态Ex值之差，即： 经积分可得 Ex A 2.5 Ex损失和Ex衡算方程式 Ex也是一种能量，是能量中使用可逆的方式能够以有用功的形式提供给