標籤:熱力系統

當系統由一任意狀態可逆地變化到與給定環境相平衡的狀態時,理論上可以無限轉換為任何其他能量形式的那部分能量,稱之為(火用)。火用,英文名稱為exergy ,定義為熱力系工質的可用能。用於確定某指定狀態下所給定能量中有可能做出有用功的部分。 所屬學科: 電力(一級學科) ;通論(二級學科) 。

1概念

各種形態的能量,轉換為「高級能量」的能力並不相同。如果以這種轉換能力為尺度,就能評價出各種形態能量的優劣。但是轉換能力的大小與環境條件有關,還與轉換過程的不可逆程度有關。實際上採用在給定的環境條件下,理論上最大可能的轉換能力作為量度能量品味高低的尺度,這種尺度稱之為(火用)(Exergy)。它的定義如下:
當系統由一任意狀態可逆地變化到與給定環境相平衡的狀態時,理論上可以無限轉換為任何其他能量形式的那部分能量,稱之為(火用)。
因為只有可逆過程才有可能進行最完全的轉換,所以可以認為(火用)是在給定的環境條件下,在可逆過程中,理論上所能作出的最大有用功或消耗的最小有用功。
與此相對應,一切不能轉換為(火用)的能量,稱之為(火無)(Anergy)。 任何能量E 均由(火用)(Ex)和(火無)(An)兩部分所組成,即
E=Ex+An

2能量

(火用)作為一種評價能量價值的參數,從「量」和「質」兩個方面規定了能量的「價值」,解決了
熱力學中長期以來沒有一個參數可以單獨評價能量價值的問題,改變了人們對能的性質、能的損失和
能的轉換效率等問題的傳統看法,提供了熱工分析的科學基礎。

3轉換規律

從(火用)和(火無)的觀點來看,能量的轉換規律可歸納為以下幾點:
(1)(火用)與(火無)的總量保持守恆,即我們常說的能量守恆原理。
(2)(火無)再也不能轉換為(火用),否則將違反熱力學第二定律。
(3)可逆過程不出現能的貶值變質,所以(火用)的總量守恆。
(4)在一切實際不可逆過程中,不可避免地發生能的貶值,(火用)將部分地「退化」為(火無),
成為(火用)損失。因為這種退化是無法補償的,所以(火用)損失才是能量轉換中的真正損失。
(5)孤立系統的(火用)值不會增加,只會減少,至多維持不變,此即孤立系統(火用)減原
理。所以(火用)與熵一樣,可用作自然過程方向性的判據。

4火用平衡

能量守恆是一個普遍的定律,能量的收支應保持平衡。但是,(火用)只是能量中的可用能部分,它的收支一般是不平衡的,在實際的轉換過程中,一部分可用能將轉變成不可用能,(火用)將減少,稱之為(火用)損失。這並不違反能量守恆定律,(火用)平衡是(火用)與(火用)損失(不可用能)之和保持平衡。
設穿過體系邊界的輸入(火用)為Exin,輸出(火用)為 Exout,系統各項內部(火用)損失為 Ii,外界作功為W,則它們的平衡關係為
∑Exin+W=∑Exout+∑Ii
(火用)平衡不僅考慮了能量的數量,而且還顧及了能量的質量。在考慮(火用)平衡時,關鍵是需要記入各項(火用)損失才能保持平衡。其中,內部不可逆(火用)損失項在熱平衡中並無反映。因此,兩種分析方法有著質的區別。但是,兩者相互之間又存在著內在的聯繫,(火用)平衡是建立在熱平衡的基礎之上的。

5火用效率

通常的熱量平衡和能量轉換效率並不能反映出(火用)的利用程度,因而我們引入了(火用)效率的概念。(火用)效率與能量轉換效率由類似的定義,所不同的是,(火用)效率是收益(火用)與支付(火用)的比值。(火用)效率 Ex為 有了(火用)效率的概念,我們就可以針對某個熱力系統建立(火用)平衡關係式,並對其進行(火用)分析,從而達到以下目的:
(1)定量計算能量(火用)的各項收支、利用及損失情況。收支保持平衡是基礎,能流的去向中包括收益項和各種損失項,根據各項的分配比例可以分清其主次。
(2)通過計算效率,確定能量轉換的效果和有效利用程度。
(3)分析能量利用的合理性,分析各種損失大小和影響因素,提出改進的可能性及改進途徑,並預測改進后的節能效果。
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