火用分析基础（课堂PPT）

1、内容回顾内内容容回回顾顾zpp1)(初终1ttzww 21)(初终ppnnnnttRTnnppRTnnww11112111121122z级压缩级压缩二级压缩二级压缩21)(初终pp2412pppp与单级压缩相比多级压缩有下列优点：与单级压缩相比多级压缩有下列优点： 排气温度低。排气温度低。 多级压缩较单级省功。多级压缩较单级省功。多级压缩由于每一级压力比小，因而每一多级压缩由于每一级压力比小，因而每一级的容积效率比单级压缩为高，即气缸行程级的容积效率比单级压缩为高，即气缸行程容积的有效利用率高。容积的有效利用率高。多级压缩活塞上所受的最大气体力较小，多级压缩活塞上所受的最大气体力较小，这是由于

2、高压级的气缸直径可以做得较小的这是由于高压级的气缸直径可以做得较小的缘故。缘故。7.2 火用值的计算火用值的计算热量热量火用火用0QQAnQExTSTST0ExQAnQ1234STQExQ0QTT)1 (0TST0ExQAnQT1234Q ,T0一定，一定，T ExQ三三、闭口系统内能闭口系统内能火用火用内能内能火用火用闭口系统从给定状态（闭口系统从给定状态（p，T）可可逆逆过渡到与环境相平衡的状态（过渡到与环境相平衡的状态（p0 ，T0 ）时，）时，对外对外所能做出的最大所能做出的最大有用功有用功, , 以以ExU表示表示. .p0闭口系统内能的闭口系统内能的Ex与与An 设一闭口系统设一闭

3、口系统（1kg），其，其状态为状态为 u1, s1, T1, p1, v1qww w T0qexu=?经某可逆过程，与环境达到平经某可逆过程，与环境达到平衡，状态为衡，状态为u0, s0, T0, p0, v0，过过程中放热程中放热q ,对外作功为对外作功为w 假定假定q通过可逆热机作功通过可逆热机作功 ww = w + w qww w T0q 热一律：热一律：01quuw 热二律：热二律：iso0100qsssT001qTss 10010wuuTss 束缚能束缚能u1, s1, T1, p1, v1u0, s0, T0, p0, v0初态初态终态终态qww w T0q10010wuuTss

4、内能内能ex：(有用功有用功)u001exwpvv 克服环境压力克服环境压力u10010010exuuTsspvvp0u1, s1, T1, p1, v1闭口系统内能的闭口系统内能的Ex与与An的说明的说明 1）闭口系的内能闭口系的内能u1-u0，只有一部分是，只有一部分是exu anu= u1-u0 - exu =T0(s1-s0)-p0(v1-v0) 2）当环境当环境p0, T0一定，一定，exu是是状态参数状态参数 3）环境的内能很大，但内能环境的内能很大，但内能exu=0 4）闭口系由闭口系由1 2的可逆过程，工质作的的可逆过程，工质作的最大功最大功maxu1u212012012wex

5、exuuTsspvvu10010010exuuTsspvvu110010010220020020uexuuTsspvvexuuTsspvv四、四、稳定流动工质的焓稳定流动工质的焓火用火用qT0qwsws 焓焓火用火用忽略动能和位能忽略动能和位能变化变化, 工质从初态（工质从初态（p，T）可逆过渡到与环境相平衡可逆过渡到与环境相平衡的状态（的状态（p0 ，T0 ）时，工）时，工质焓降质焓降(H-H0)可能可能做出的最做出的最大技术功大技术功, , 以以ExH 表示表示. .qwsws wsT0q流量流量1kg的工质，初状态为的工质，初状态为h1, s1, c1, z1exh=?经稳定流动，与环境

6、达到经稳定流动，与环境达到平衡，状态为平衡，状态为h0, s0, c0, z0，过程中放热为过程中放热为 ,对外作对外作功为功为wsq假定假定 通过可逆热机作功通过可逆热机作功ws q exh= ws = ws+ ws 1h0h1qwsws wsT0q1 热一律：热一律： 22010101s12qhhccg zzw 热二律：热二律： iso0100qsssThs10010exwhhTss 一般动、位能变化忽略一般动、位能变化忽略 1001qTss 初态初态h1, s1, c1, z1终态终态h0, s0, c0, z0稳定流动工质的焓稳定流动工质的焓Ex与与An的说明的说明 1）稳流工质的焓稳

7、流工质的焓h1-h0，只有一部分是，只有一部分是exh anh= h1-h0 - exh =T0(s1-s0) 2）当环境当环境p0, T0一定，一定，exh是是状态参数状态参数 3）当工质状态与环境相平衡，焓当工质状态与环境相平衡，焓exh=0 4）由初态由初态1 终态终态2的可逆过程，工质作的的可逆过程，工质作的 最大功最大功maxh1h212012wexexhhTssh10010exhhTss若工质宏观运动动能及位能的变化较大不若工质宏观运动动能及位能的变化较大不可忽略，稳流工质的作功能力与焓可忽略，稳流工质的作功能力与焓火用火用有有什么差异？什么差异？ 稳流工质的作功能力应计入工质的动

8、稳流工质的作功能力应计入工质的动能差和位能差，此时稳流工质的作功能差和位能差，此时稳流工质的作功能力称为物流能力称为物流火用火用，物流，物流火用火用与焓与焓火用火用相差工质的动能差和位能差。相差工质的动能差和位能差。7.3 火用火用损失损失(作功能力损失作功能力损失) )火用的基本含义是以环境为基准时系统的火用的基本含义是以环境为基准时系统的理论理论做功能力做功能力,它不是实际过程中系统作出它不是实际过程中系统作出的最大功的最大功,也不是系统由初态变化到与环境也不是系统由初态变化到与环境平衡状态实际完成的有用功平衡状态实际完成的有用功,即火用与实际即火用与实际过程功无关过程功无关.任何不可逆因

9、素均引起功任何不可逆因素均引起功损失损失,即引起火用损失即引起火用损失.7.3.1 温差传热引起的火用损失温差传热引起的火用损失TA环境环境T0Q0ExQAQRQ0QRTBQExQBQTTExAQA)1 (0QTTExBQB)1 (0TA TBQTTTTExExEABQBQAl)(00QTTTQTTTTEABABl)11()(000glSTE0gSTA环境环境T0Q0ExQAQRQ0QRTBQExQB TST012341 2 3 33SSSg22lgEWWWQQ121222101000QQQQQQTTTTTT7.3.2 摩擦引起的火用损失摩擦引起的火用损失T1T0RQ1Q2W11221100Q

10、QQQTTTTIRWQ1Q210isoTTIRRSSSSS 假定假定 Q1=Q1 ， W W 作功能力损失作功能力损失02tt,C1111TQQT 1210QQTT220QQT0TElgisoSTST00 TST0El12343 glSTE0工质因过程不可逆引起的作功能力的损工质因过程不可逆引起的作功能力的损失是过程熵产与环境介质温度的乘积。失是过程熵产与环境介质温度的乘积。不论什么工质，不论何种不可逆过程，不论什么工质，不论何种不可逆过程，也不论工质温度是高于还是低于环境温也不论工质温度是高于还是低于环境温度，工质的作功能力的损失均可用此式度，工质的作功能力的损失均可用此式计算。计算。 gl

11、STE0注意！注意！gigiililSTSTEE007.3.3 能级与能量贬值原理能级与能量贬值原理能级能级能量数量能量火用值机械能和电能的能级为机械能和电能的能级为1.对热量对热量:110TTQExQ能级越高能级越高,能量的可利用程度越大能量的可利用程度越大.能量贬值原理能量贬值原理 : : 在不可逆过程中在不可逆过程中, ,虽然能量的数虽然能量的数量不变量不变, ,但火用减少了但火用减少了, ,能级降低了能级降低了, ,即能量的品即能量的品质下降了质下降了. .7.4 火用方程火用方程gfdsdsdsTqdsfgdsTdsTTqT000twdhq- ，得 gtdsTwdsTdhqTT000

12、)1 (qexhdexlelthqewdexex1.1.开口系统的火用平衡方程开口系统的火用平衡方程lthhqewexexex)(21ltihihiQEWExExEx)()()(21若有多股流体进出，则若有多股流体进出，则lthqewexex火用方程表明，系统提供的热量火用方程表明，系统提供的热量火用火用与工质与工质焓火用之和等于系统完成的技术功与火用损焓火用之和等于系统完成的技术功与火用损失之和。失之和。积分得积分得lthqewdexex)(120vvpwwu同理，闭口系统的火用平衡方程为：同理，闭口系统的火用平衡方程为：luuuqewexexex)(217.5 7.5 火用效率与热效率火用

13、效率与热效率loutinEExEx)()(热力系统热力系统支出量收益量效率 火用支出量火用收益量火用效率 inlinoutexExEExEx)(1)()(和进入系统的各火用值之和离开系统的各火用值之thaexExEx)()(提供的火用值之和实际利用的火用值之和 动力装置动力装置exinoutWExExnet耗功装置耗功装置outinexExExWWsEx1Ex2QT0)()(2102121SSTHHExExExhhslWExE 换热设备换热设备exExEx冷流体得到的热流体放出的加热加热m热热1234m冷冷isoghhhhlSTSTexexmexexmE003421)()(冷热 热力循环的热量

14、热力循环的热量火用火用效率为效率为QexQExWQWtQExQWQcmaxctexQ火用效率是一种相对效率，它反映了实际过火用效率是一种相对效率，它反映了实际过程程偏离理想可逆过程偏离理想可逆过程的的程度程度。7.6 热经济学热经济学 20世纪世纪60年代以来，在节能领域产生了将年代以来，在节能领域产生了将火用分析法与经济因素及优化理论有机结合的火用分析法与经济因素及优化理论有机结合的热经济学，即除了研究体系与自然环境之间的热经济学，即除了研究体系与自然环境之间的相互作用外，还要研究一个体系内部的经济参相互作用外，还要研究一个体系内部的经济参量与环境经济参量之间的相互作用。量与环境经济参量之间

15、的相互作用。 一般来说，第一定律和第二定律分析法，一般来说，第一定律和第二定律分析法，在方案比较中仅能给出一个参考方向，而不能在方案比较中仅能给出一个参考方向，而不能得出具体结论。而热经济学分析法可以直接给得出具体结论。而热经济学分析法可以直接给出结果，这种方法特别适用于解决大型、复杂出结果，这种方法特别适用于解决大型、复杂的能量系统分析、设计和优化。的能量系统分析、设计和优化。 火用值计算火用值计算 火用损失火用损失 火用方程火用方程 火用效率火用效率第七章第七章 小小 结结重点重点了解了解第七章第七章 完完闭口系统内能的闭口系统内能的Ex举例举例1kg空气，由空气，由p1=50bar, t

16、1=17oC, 膨胀到膨胀到p2=40bar, t2=17oC, 已知已知p0=1bar, t0=17oCu110010010exuuTsspvv求：该膨胀过程对外界的最大有用功求：该膨胀过程对外界的最大有用功01110p0001001001lnlnln1244/RTTpRTTcRpTpppppRTkJ kgpp maxu1u2wexex闭口系统内能的闭口系统内能的Ex举例举例1kg空气，由空气，由p1=50bar, t1=17oC, 膨胀到膨胀到p2=40bar, t2=17oC, 已知已知p0=1bar, t0=17oC01u1001ln1244/ppexRTkJ kgppmaxu1u218kJ/kgwexex02u2002ln1226/ppexRTkJ kgpp求：该膨胀过程对外界的最大有用功求：该膨胀过程对外界的最大有用功稳定流动工质的焓稳定流动工质的焓Ex举例举例压气机压气机燃