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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章,可用能 可用能分析,一、可用能,(,火用,),概念提出,1,、能量的种类，能量的转换程度不同（机械功，热，环境热量），能量的品质不同。,把可用能（火用，,Exergy,）作为衡量能量质量的指标，,有限转换能，无限转换能，非转换能。,2,、研究进程,1824,年，卡诺：通过可逆热机能够从热量中获得,最大数量的功,；,1865,年，,Clausius,提出,熵,的概念；,1868,年，泰特提出,能量可用性,的概念，,Availability,；,1871,1875,年，麦克斯韦提出,可用能量,的概念,1898,年，,Stodola,导出了输出,功损,失与,熵增,之间的关系；,1941,年，基南较系统介绍了可用能、功损的概念；,1962,年，,Rant,提出,Exergy,的概念，提出,Anergy,的概念。,定义：,在周围环境条件下，任一形式的能量中能够最大限度地转变为有用功的那部分能量称为该能量的,Exergy,。系统由任意状态可逆变化到环境状态时，能量最大限度转换的有用功，称为,Exergy,。,能量中不能够转变为有用功的那部分能量称为该能量的,Anergy,。,The work potential of a given quantity of energy is defined as the,maximum possible useful work,that can be obtained from that energy in a given environment.,热力学定律表达,热一律：在任何过程中，,Exergy,和,Anergy,的总量保持不变。,热二律：若是可逆过程，则,Exergy,保持不变；若为不可逆过程，则部分,Exergy,转变为,Anergy,。,Anergy,不能转变为,Exergy,。,二、能量可用性的分析,1,、基准状态,当系统的状态与环境相平衡时，就完全失去了转换为有用功的能力。因此常把周围自然环境状态作为计算有用功的基准状态。把系统与周围环境处于热力平衡的状态称为系统的环境状态。包括,热平衡,（温度）、,力平衡,（压力）、,化学平衡,（化学势、浓度）等在内。,2,、各种能量,Exergy,计算,恒温热源,T,热量：,变温热源：温度范围内积分,2,、机械能、电能：全部为,Exergy,；,3,、燃料化学能,化学,Exergy,：燃料电池；,热工：燃烧后的热量,Exergy,。,三、闭口系工质的热力学能,Exergy,闭口热力系只与环境作用，从,给定状态,以可逆方式变化到,与环境平衡的状态,，所能作出的最大有用功,。,设想在系统和环境间有,一系列微元卡诺机,，闭口系和卡诺热机组成复合系统，按可逆过程工作，复合系统对外作出的最大有用功：,闭口系能量守恒：,过程可逆,对微元卡诺机，循环能量方程：,微元卡诺循环：,将（,5,）（,6,）代入（,4,）得到：,再把（,7,）（,2,）代入式（,1,），得到：,由原给定状态积分到环境状态，得到工质热力学,Exergy,为,热力学能,Anergy,为：,如果由状态,1,变化到状态,2,，则有所能作出的最大有用功为两个状态的可用能,Exergy,之差,四、稳定流动工质的焓,Exergy,定义：稳流工质在只与环境作用下，以给定状态以可逆方式变化到环境状态时所能做出的最大有用功，为稳流工质的物流,Exergy,。,最大稳流功：,根据稳态、稳流系统能量方程，轴功：,根据能量守恒，得到,对控制容积列熵方程：,稳态稳流，可逆：,对卡诺热机，,代入（,3,）得到：,将（,2,）和（,6,）代入（,1,）得到：,单位质量：,计算结果为负值。,可用能流动,Exergy,：,定义为由初态可逆转变为环境状态，与环境只有热量交换。,五、,Exergy,平衡方程及可用能损失,与能量平衡方程相似，但由于不可逆造成,Exergy,损失，需增加该项。,1,、闭口系统,能量方程：,Exergy,平衡方程：,所以，,式中，,2,、稳定流动系统,稳定流动系的能量方程为,Exergy,平衡方程为：,所以,六、,Exergy,效率，热力学第二定律效率,1,、可逆过程：,若余,Ex,未利用，则有,2,、不可逆过程,如果不利用余,Exergy,，则有,为余,Exergy,损失率。,局限性：一般认为环境温度为标准状态，在涉及制冷空调时，冷量和热量都在环境温度附近，,Exergy,分析缺少实际意义。,七、可用能损失计算举例,1,、绝热节流,根据热一律，有,绝热节流过程：,所以，,若为理想气体，又有,对于理想气体，热容为定值时有：,绝热节流可用能损失：,2,、自由膨胀,对理想气体，,Approximately 1/3 of the useful energy of the fuel is destroyed during the combustion process used in electrical power generation. This study is an attempt to clarify and categorize the reasons for the exergy destruction taking place in combustion processes.,The entropy production is separated into three subprocesses: (1) combined diffusion/fuel oxidation, (2) internal thermal energy exchange (heat transfer), and (3) the product constituent mixing process.,Four plausible process paths are proposed and analyzed. The analyses are performed for two fuels: hydrogen and methane. The results disclose that the majority (about 3/4) of the exergy destruction occurs during the internal thermal energy exchange. The fuel oxidation, by itself, is relatively efficient, having an exergetic efficiency of typically 94% to 97%.,
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