工程热力学课件第5章火用分析基础

1、第五章第五章 分析基础分析基础热一律：热一律：揭示能量转换中的揭示能量转换中的数量数量守恒关系守恒关系热二律：热二律：各种能量不但有各种能量不但有“量量”的差别，还有的差别，还有“质质”的差别的差别.t1t2=300 keq1 =1000 kjwamx=?例如：例如： t11500k、 500k、 300k， wmax=？t11500k：wmax 800 kjt1 500k ：wmax 400 kjt1300k： wmax 0 kjwmax= c q1 （1 t2 / t1 ） q1q1“量量”相同，相同，但但“质质”不同不同各种能量的做功能力，不但与其数量多各种能量的做功能力，不但与其数量多

2、少有关，还与其质量高低有关。少有关，还与其质量高低有关。如何度量能量的如何度量能量的“质质”呢？呢？引入：引入：“” 概念概念任何形式的能量任何形式的能量e都由都由 和和 两部分组成：两部分组成：e 说明：说明：(1) 0：e 可全部转化为有用功，如机械能、电能、风力、水力可全部转化为有用功，如机械能、电能、风力、水力(2) 0： e 不能转化为有用功，如环境介质中的热能不能转化为有用功，如环境介质中的热能(3) an 和和 ex都都0： e 可部分转化为有用功，如热能、化学能、核能可部分转化为有用功，如热能、化学能、核能(4) 不同形态的能量或物质，处于不同状态时，不同形态的能量或物质，处于

3、不同状态时， an 和和 ex 比例不同比例不同(5) 引入引入 火火用用 参数的意义：参数的意义：为评价能量的为评价能量的 “量量” 和和 “质质” 提供了一个统一尺度；提供了一个统一尺度； 形成了热系统形成了热系统火火用平衡分析法用平衡分析法，比，比能量平衡法能量平衡法更科学、更合理更科学、更合理火火用用（exergy，有效能、可用能）：在给定的环境条件下，有效能、可用能）：在给定的环境条件下，能量中可转化为有用功的最高份额。符号；能量中可转化为有用功的最高份额。符号；ex火火无无（anergy，无效能、不可用能）：在给定的环境条件，无效能、不可用能）：在给定的环境条件下，能量中不可能转化

4、为有用功的那部分。符号；下，能量中不可能转化为有用功的那部分。符号；anzoran rant: exergos热量热量 和冷量和冷量 1、热量、热量 系统从高温热源系统从高温热源t定温吸热定温吸热q，其其=？=卡诺循环所做的功卡诺循环所做的功ttqexq01qtteqaxqnq0tsanqexqtqt0 若系统温度若系统温度t 变化，取微元循环变化，取微元循环微元卡诺循环微元卡诺循环qttexq01stqtqtqexq00积分：积分：q的的 值：值：steqaxqnq0说明：说明：（1）热量）热量 取决于：取决于： q 、t、t0（2）热量）热量 为过程量为过程量（3）热量）热量 除与环境温度

5、有关外，还与除与环境温度有关外，还与 s有关。有关。（4）热量）热量 的正、负号与的正、负号与q相同：吸热，系统获得了相同：吸热，系统获得了 exdsexqtst0 sanq q例例1 热量热量火火用用 值计算值计算空气冷却器将空气冷却器将200的空气定压冷却到的空气定压冷却到40，问：每，问：每kg空气放出的热量最多能做多少功？（环境温度为空气放出的热量最多能做多少功？（环境温度为25, 空气空气cp=1.004kj/kg k为定值，）为定值，）解解分析：热源温度变化分析：热源温度变化dtcqpqttexq01负号：放出热量。负号：放出热量。该热量最多能做该热量最多能做37 kj/kg 的功

6、的功kgkjtdttcqttettpttxq/3711212100kj/kg161)40200(004. 121ttptdcqq有用的部分只占有用的部分只占23%5.2.4 物质或物流物质或物流 火火用用1、闭口系工质物理、闭口系工质物理 tst0pp0paobss0t工质工质可逆过程做功最大，构造：可逆过程做功最大，构造：（1）定）定s 膨胀（膨胀（a b） 做功做功 定定s膨胀膨胀定定 t 膨胀膨胀 做功做功 1wuq0uuw1（2）定）定t膨胀（膨胀（b o）)()()(000022uusstuuqw)()(00021uusstwwww是最大功吗？是最大功吗？no!原因：原因：系统从状态

7、系统从状态a o ，体积，体积v v0，在，在p0下排挤下排挤环境做功环境做功: ( v - v0 )，无法利用，需扣除：，无法利用，需扣除： ex)()()(000000000maxstvpustvpuvvpww比内能比内能 火火用：用：)()(0000000stvpustvpuex注注（1）ex为状态参数为状态参数（2）由状态）由状态1状态状态2，最大有用功为，最大有用功为:)()()(2102100121max21vvpsstuueewxx)()()(00000vvpsstuu例例2 内能内能火火用用 计算计算空气由空气由状态状态1 ( 1 mpa, 50) 状态状态2 ( 0.5 mp

8、a, 40 )求求wmax=？(环境环境 :0.1mpa, 25, 空气空气cv= 0.716 kj/kg k)解解由由pv = rt 求出：求出：v0、 v1 、 v2状态状态1 的内能的内能火火用用ex1 ：)()()(000001vvpsstuuex)()lnln()(0100101001vvpvvrttctttcvv同理，求出状态同理，求出状态2的内能的内能：ex2wmax = ex1 ex2 = 114.5 kj/kg2、开口系工质物理、开口系工质物理 火火用（焓用（焓 火火用）用）稳流开口系工质焓稳流开口系工质焓 火火用：用：工质从进口工质从进口所做的最大所做的最大技术功技术功。（

9、p，t）（p，t0） （p0，t0） 做功做功 wt 1 定定s膨胀膨胀定定 t 膨胀膨胀做功做功 wt 2)()(00021ssthhwwwttt是最大技术是最大技术 功吗？功吗？yes!推导过程与内能类似，不同的是：用公式推导过程与内能类似，不同的是：用公式 q = h + wtxe)()(000ssthhex工质由状态工质由状态1 状态状态2能做的最大技术功：能做的最大技术功：)()(2102121max,ssthheewxxt5.3 火火用用 损失损失5.3.1 温差传热引起的温差传热引起的 火火用用 损失损失假想热源假想热源rq2wt0taq工质温度工质温度1t qtbt0假想热源假

10、想热源q01、若无温差、若无温差qtteaxqa012、有温差：可逆热机工作于、有温差：可逆热机工作于tb与与t0之间：之间：qttebxqb01火火用用 损失：损失：abxqbxqalttqteee1101而熵产为：而熵产为：abgttqs111101glste00211ttqsg202glste5.3.2 摩擦引起的摩擦引起的 火火用用 损失损失1-2-3-4-1：可逆循环：可逆循环pst0qt12347653若膨胀过程若膨胀过程2-3不可逆：不可逆：2- 3，则则q 相同但循环相同但循环1-2- 3 -4-1向低向低温热源多放热，即：少做功：温热源多放热，即：少做功：wl = q不可逆循

11、环熵产：不可逆循环熵产：670sstwslg火火用用 损失：损失：glstsste0670)(综上，总综上，总 火火用用 损失：损失：iglste0el5.3.3 能级、能量贬值原理能级、能量贬值原理1、能级（、能级（）定义：定义：能量的数量值能量的用火机械能、电能：机械能、电能：=1热能：热能：110ttqexq环境热能：环境热能：0100tt2、能量贬值原理、能量贬值原理000isoiglstste孤立系：孤立系：能量贬能量贬值原理：值原理：gouy - stodla公式公式在不可逆过程中，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，但值减值减少，即能量的少，即能量的“质量质量”降低。称为降低。称为“能量贬值能量贬值”孤立系统中进行热力过程，孤立系统中进行热力过程，只会减小不会只会减小不会增大，极限情况下（可逆）增大，极限情况下（可逆）保持不变。保持不变。5.3 火火用效率用效率 1、定义：、定义：值所能提供的值实际利用的用用火火ex2、与热效率的关系：、与热效率的关系：热力循环：热力循环：xqexqewqqqeqwxq1qwtqttexq)1 (0热效率：热效率：热量热量火火