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第2章 节能原理 节能的目的是提高能量的利用效率热力学第一定律：能量在“数量”上是守恒的，它既不会无故（无中生有）产生，也不会无缘消失；热力学第二定律：能量在“质量”上是有差异的，不同形式能量间的转换存在“不等价”现象；能量合理利用的原则，就是要求能量系统中的能量在数量上保持平衡，在质量上合理匹配。2.1 能量分析的基本概念2.1.1 对能量的再认识 物理现象和实验告诉我们：能量在不同形式之间可以转换，并且总量守恒。描述能量的“数量”和“质量”上的转换规律总结为：热力学第一定律和第二定律。 李崇祥主编-节能原理与技术-第2章全文共11页，当前为第1页。 第2章 节能原理 (Ex)：能量中最大限度地转化为有用功的部分。(An)：不可能转化为有用功的部分。任何能量都是由和两部分组成的。即：E=Ex+An能质系数(λ)：能量中所占的百分比，即：λ=Ex/E 对于工质而言，它携带的能量可分为：2.1.2 能量利用经济性能指标经济性能指标，通常用效率表示。即：工质携带能量宏观动能、热能热力学能(热能)能全部转化为有用功能全部转化为有用功部分不能转化为有用功的部分李崇祥主编-节能原理与技术-第2章全文共11页，当前为第2页。 第2章 节能原理 2.2 热力学第一定律和第二定律2.2.1 热力学第一定律 用方框表示热平衡的对象，进出的能量标于四周带入体系的能量称物料带入热工质带出的热量画于右面外界供给的热量画于下面排出的热量画在方框的上面 回收热用弧线画在方框内，若在体系外循环，则在方框外画一循环线根据热力学第一定律有：Qr+Qgg=Qp+Qc李崇祥主编-节能原理与技术-第2章全文共11页，当前为第3页。 第2章 节能原理 热力学第一定律的本质就是能量守恒和转换定律。任何系统：能量守恒和转换定律可表示为：E1=ΔE+E2 ΔEE1E2ΔEQW热力系统：热力学第一定律可表示为： Q=ΔE+W 闭口系：与外界没有质量交换的热力系统。开口系：与外界有质量交换的热力系统。稳定流动系 ：其内流动不随时间变化的开口系 。取一定体积内稳定流动的工质作为研究对象的热力系统，就是稳定流动系。 李崇祥主编-节能原理与技术-第2章全文共11页，当前为第4页。 第2章 节能原理 1、闭口系的能量方程式：Q=ΔU+W 或 q=Δu+ω 如果闭口系与外界交换只有容积变化功，且假设热力变化是可逆过程，则有： 因此，闭口系的能量方程式可写为： 2、稳定流动系的能量方程式：2.2.2 热力学第二定律Clausius说： “不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他的变化” Kelvin说：“不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他的变化” 。高温热源（T2）低温热源（T1）李崇祥主编-节能原理与技术-第2章全文共11页，当前为第5页。 第2章 节能原理 后来被Ostward表述为：“第二类永动机是不可能造成的”。完全变为功而不留下任何影响。单一热源（T）QW第二类永动机：从单一热源吸热使之热力学第二定律是对自然界各种自发过程的不可逆性或者方向性蕴涵的规律的总结。卡诺循环：由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成的可逆循环，工质从温度为T1的高温热源吸热Q1，作出循环净功W，向温度为T2的低温热源放热Q2。1、卡诺循环和卡诺定律：李崇祥主编-节能原理与技术-第2章全文共11页，当前为第6页。 第2章 节能原理 卡诺定理一：在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的可逆热机的热效率恒高于不可逆热机的热效率。卡诺定理二：在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的可逆热机有相同的热效率，而与工质无关。卡诺循环的热效率：2、熵和热力学第二定律：对于热力过程，用熵参数表示的热力学第二定律的数学表达式为： 熵(△S)：热力学中表征物质状态的参量之一，其物理意义是体系混乱程度的度量。 对于热力循环，用熵参数表示的热力学第二定律的数学表达式为： 李崇祥主编-节能原理与技术-第2章全文共11页，当前为第7页。 第2章 节能原理 1）熵流(ΔSf)：指由于质量和热量的传递引起的熵的变化。2）熵产(ΔSg) ：指由于不可逆因素引起的熵变化。 熵、熵流和熵产之间的关系式：2、和热力学第二定律：热量在A和B体系中的分别为： 不可逆传热引起了损失 ，其值为：节能的实质就是尽可能地减少损失。ΔExEx,1Ex,2I平衡方程式：李崇祥主编-节能原理与技术-第2章全文共11页，当前为第8页。 第2章 节能原理 2.3 合理利用能量的原则 能量合理利用的原则：能量系统中能量在数量上保持平衡，在质量上合理匹配。总结：1、热力学第一定律：能量转换与守恒定律。2、热力学第二定律：克劳修斯说法：不可能把热从低温物体传至高温物体而不引起其他变化，揭示能量“质”的