工程熱力學第四版第五章.ppt

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1、哪個參數(shù)才能正確評價能的價值,焓,h1 = h2,w1,w2,w1 w2,5-7 火用參數(shù)的基本概念,哪個參數(shù)才能正確評價能的價值,內(nèi)能,u1 = u2,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,w1,w2,w1 w2,三種不同品質(zhì)的能量,1、可無限轉(zhuǎn)換的能量,如：機械能、電能、水能、風能,理論上可以完全轉(zhuǎn)換的能量 高級能量,,2、不能轉(zhuǎn)換的能量,理論上不能轉(zhuǎn)換為功的能量,,如：環(huán)境（大氣、海洋）,3、可有限轉(zhuǎn)換的能量,理論上不能完全轉(zhuǎn)換為功的能量 低級能量,如：熱能、焓,（火用 Ex Exergy）,（火無 An An

2、ergy）,（Ex+An）,Ex與An,Ex的定義,在環(huán)境條件下，能量中可轉(zhuǎn)化為有用功的最高份額稱為該能量的火用。 Ex 熱力系只與環(huán)境相互作用，從任意狀態(tài)可逆地變化到與環(huán)境相平衡的狀態(tài)時，作出的最大有用功，為該熱力系的火用。 Ex,在環(huán)境條件下不可能轉(zhuǎn)化為有用功的那部分能量，就是火無 。 An,Ex作功能力,Ex 作功能力,環(huán)境一定，能量中最大可能轉(zhuǎn)換為功的部分,,,,,,,500 K,,,,100 kJ,,,,,,,,,,,,1000 K,100 kJ,T0=293 K,,,T0=293 K,熱一律和熱二律的Ex含義,一切過程， Ex+An總量恒定,熱一律：,熱二律：,在可逆過程中，Ex保

3、持不變,在不可逆過程中， 部分Ex轉(zhuǎn)換為An,Ex損失、作功能力損失、能量貶值,任何一孤立系， Ex只能不變或減少， 不能增加 孤立系Ex減原理,,由An轉(zhuǎn)換為Ex不可能,Decrease of exergy principle,The exergy of an isolated system during a process always decrease or, in the limiting case of a reversible process, remains constant,任何一孤立系， Ex只能不變或減少， 不能增加 孤立系Ex減原理,In other words, it

4、never increase and exergy is destroyed during an actual process,熱量的Ex與An,1、恒溫熱源 T 下的 Q,ExQ: Q中最大可能轉(zhuǎn)換為功的部分,,,,,T0,ExQ,AnQ,卡諾循環(huán)的功,T,,熱量的Ex與An,2、變溫熱源下的 Q,,,,T0,ExQ,AnQ,微元卡諾循環(huán)的功,,,,,,,,,,熱量的Ex與An的說明,1、Q中最大可能轉(zhuǎn)換為功的部分，就是ExQ,,T0,ExQ,AnQ,2、 ExQ = Q-T0S = f (Q ,T,T0 ),,,,,,,,Ex損失,3、單熱源熱機不能作功 T=T0, ExQ=0,4、Q

5、 一定，不同 T 傳熱, Ex 損失，作功能力損失,冷量的Ex與An,T < T0 的冷量Q2 ,有沒有Ex,卡諾循環(huán)的功,,,,,Q1,Wmax,Q2,冷量的Ex與An的說明,實際上，只要系統(tǒng)狀態(tài)與環(huán)境的狀態(tài)有差別， 就有可能對外作功，就有Ex,,T,ExQ2,Q2,冷量Ex可理解為: T

6、可用能：,,冷量可用能,閉口系統(tǒng)熱力學能的Ex與An,設(shè)一閉口系統(tǒng)（1kg），狀態(tài)為 u1, s1, T1, p1, v1,w,,,,,w ,,w ,,exu=?,經(jīng)某可逆過程，與環(huán)境達到平衡，狀態(tài)為u0, s0, T0, p0, v0，過程中放熱 ,對外作功為w,假定 通過可逆熱機作功 w,,w = w + w ,閉口系統(tǒng)內(nèi)能的Ex與An,w,,,,,w ,,w ,,熱一律：,熱二律：,,,,閉口系統(tǒng)熱力學能的Ex與An,w,,,,,w ,,w ,,熱力學能ex：(有用功),,克服環(huán)境壓力,p0,,u1, s1, T1, p1, v1,閉口系統(tǒng)熱力學能的Ex與An的說明,1）閉口系的

7、熱力學能u1-u0，只有一部分是exu，熱力學能anu=T0(s1-s0)-p0(v1-v0),2）當環(huán)境p0, T0一定，exu是狀態(tài)參數(shù),3）環(huán)境的熱力學能很大，但熱力學能ex=0,4）閉口系由1 2的可逆過程，工質(zhì)作的 最大功,,閉口系統(tǒng)熱力學能的Ex舉例,1kg空氣，由p1=50bar, t1=17oC, 膨脹到p2=40bar, t2=17oC, 已知p0=1bar, t0=17oC,求：該膨脹過程對外界的最大有用功,,,閉口系統(tǒng)熱力學能的Ex舉例,1kg空氣，由p1=50bar, t1=17oC, 膨脹到p2=40bar, t2=17oC, 已知p0=1bar, t0=17oC

8、,求：該膨脹過程對外界的最大有用功,穩(wěn)定流動工質(zhì)的焓Ex與An,ws,,,,ws ,,ws,,流量1kg的工質(zhì)，初態(tài)為h1, s1, c1, z1,exh=?,經(jīng)穩(wěn)定可逆流動，與環(huán)境達到平衡，狀態(tài)為h0, s0, c0, z0，過程中放熱為 ,對外作功為ws,假定 通過可逆熱機作功ws,exh= ws = ws+ ws ,1,0,穩(wěn)定流動工質(zhì)的焓Ex與An,ws,,,,ws ,,ws,,1,,熱一律：,熱二律：,一般動、位能變化忽略,,,,,穩(wěn)定流動工質(zhì)的焓Ex與An的說明,1）穩(wěn)流工質(zhì)的焓h1-h0，只有一部分是exh 焓anh=T0(s1-s0),2）當環(huán)境p0, T0一定，e

9、xh是狀態(tài)參數(shù),3）當工質(zhì)狀態(tài)與環(huán)境相平衡，焓exh=0,4）由初態(tài)1 終態(tài)2的可逆過程，工質(zhì)作的 最大功,,穩(wěn)定流動工質(zhì)的焓Ex舉例,,,,,,,,,,,壓氣機,燃氣輪機,燃燒室,穩(wěn)定流動工質(zhì)的焓Ex舉例,可逆功,Ex平衡、 Ex效率、 Ex損失,熱力系統(tǒng),Ex效率,Ex平衡,動力裝置,耗功裝置,換熱設(shè)備,加熱,,Ex. balance、 Ex. efficiency、 Ex. destroyed,Ex損失與作功能力損失,,,,,,Ws,Ex1,Ex2,熱一律：,,,Q,Ex損失與作功能力損失,放熱,,,,,,,,,,,,m熱,1,2,3,4,m冷,,,,,,,,,,,,,,,,,吸熱,Ex損失與功減少,可逆絕熱膨脹,,,,T,s,,T0,,,,1,2,2,不可逆絕熱膨脹,,,Ex損失,,,,,由于不可逆少作功,例,有三個熱容(cm)相同的剛性物體組成一個系統(tǒng)，其溫度分別為TA=300K, TB=350K, TC=400K,若要使其中一個物體溫度升高，另外兩個物體達到相同溫度，問該物體能上升的最高溫度？并說明使三個物體中任何一個物體溫度上升，其最高溫度相同。,解：設(shè)C上升最高溫度為Tmax, A和B溫度下降到T ,熱一律，熱平衡,例,熱一律, 熱平衡,熱二律, 取孤立系,例,熱一律,熱二律,,