第五章 可用能(火用)分析基础.pptVIP

第五章 分析 5.1 Exergy和Anergy的基本概念 * * 高级能 低级能 无效能 机械能/电能 100%转化 质和量统一 热能/内能 不能无偿地100%转化 环境介质的内能 无法转化为可用的机械能，质为零 有效能/可用能、Exergy/Availability /Availableenergy 评价能量价值（量和质）的物理量 为合理用能指明方向 约束条件 以给定的环境为基准， Ex=0 Ex——系统由任一状态经可逆过程变化到与给定环境状态相平衡时所做的最大理论功 可逆过程， 获得理论功 除环境外，无其他热源或冷源 An——一切不能转换为Ex的能量 E=Ex+An e=ex+an 可逆过程dsg=0 W=0 Ex=const 不可逆过程dsg0 W损失 Ex损失，An增加 能量守恒 孤立系统——Ex减An增原理——过程进行方向的判据 5.2 Ex的计算 Ex的分类 *热量Ex 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 ExQ：温度高于环境温度的系统与外界传递的热量所能做出的最大有用功 *功能Ex 电能/机械能/水利能/风能等功源可100%地被用以完成功，都可以直接转化为机械能 理论上：功源Ex值=功源总能量 Ex An s T 1 2 3 4 5 6 ExQ AnQ T0 高温下的热能较低温下的热能具有更大的可用性，可完成更多的有用功 *冷量Ex s T 4 3 2 1 5 6 ExQ’ Q’ T0 低于环境温度下的系统与外界交换的热量称为冷量Ex 冷流与热流方向相反 在冷量交换过程中伴随着冷量Ex的交换 系统放热Q 区别 热量Ex 冷量Ex 放出热量Ex 系统吸热Q’ 放出冷量Ex ExQ与热量Q方向一致 ExQ’与热流Q’方向相反 *物质或物流Ex s T p T A v T0 B O p p0 pA pB p0 O B A T T0 物理Ex（温差压力差） 物理Ex：工质压力p和温度T与环境压力p0和温度T不平衡，系统经历可逆过程过渡到与环境相平衡的状态，系统对外做的最大功中的有用功就是工质的物理Ex ，也称内能Ex 闭系工质物理Ex 开系工质物理Ex （焓 ） 物理Ex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/终态的Ex值即为这一过程中所能提供的最大有用功 5.3 Ex损失 实际过程中不可逆因素：温差传热 摩擦 *温差传热引起的Ex损失 s T 1 2 3 4 6 5 T0 T1 7 8 1’ 2’ s T 1 2 3 4 6 5 T0 T0’ 7 8 3’ 4’ Ex流 *摩擦引起的Ex损失 s T 1 2 3 4 5 6 T0 T1 7 3’ *能级与能量贬值原理 能级：能量Ex值与能量数量的比值——衡量能量的可利用性 机械能/电能 热能 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 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Ex减少了，能级降低了，做功能力下降了，即能量的品质下降了，这就是能量贬值原理 Ex方程的微元形式 稳定流动 多股流体进出 综合了热一/热二律,既体现了能量在数量上的关系,又表现了质量上的关系 Ex方程 5.4 Ex方程 * * *