火用分析基础

内容回顾内容回顾zpp1)(初终1ttzww21)(初终ppnnnnttRTnnppRTnnww11112111121122z级压缩二级压缩21)(初终pp2412pppp与单级压缩相比多级压缩有下列优点：•①排气温度低。•②多级压缩较单级省功。•③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，即气缸行程容积的有效利用率高。•④多级压缩活塞上所受的最大气体力较小，这是由于高压级的气缸直径可以做得较小的缘故。7.2火用值的计算热量火用0QQAnQExTSTST0ExQAnQ1234STQExQ0QTT)1(0TST0ExQAnQT1234Q,T0一定，TExQ三、闭口系统内能火用内能火用—闭口系统从给定状态（p，T）可逆过渡到与环境相平衡的状态（p0，T0）时，对外所能做出的最大有用功,以ExU表示.p0闭口系统内能的Ex与An设一闭口系统（1kg），其状态为u1,s1,T1,p1,v1qww’w’’T0'qexu=?经某可逆过程，与环境达到平衡，状态为u0,s0,T0,p0,v0，过程中放热q,对外作功为w假定q通过可逆热机作功w’w’’=w+w’qww’w’’T0'q热一律：01''quuw热二律：iso0100qsssT001qTss10010''wuuTss束缚能u1,s1,T1,p1,v1u0,s0,T0,p0,v0初态终态qww’w’’T0'q10010''wuuTss内能ex：(有用功)''u001exwpvv克服环境压力u10010010exuuTsspvvp0u1,s1,T1,p1,v1闭口系统内能的Ex与An的说明1）闭口系的内能u1-u0，只有一部分是exuanu=u1-u0-exu=T0(s1-s0)-p0(v1-v0)2）当环境p0,T0一定，exu是状态参数3）环境的内能很大，但内能exu=04）闭口系由12的可逆过程，工质作的最大功maxu1u212012012wexexuuTsspvvu10010010exuuTsspvvu110010010220020020uexuuTsspvvexuuTsspvv四、稳定流动工质的焓火用qT0'qwsws’焓火用—忽略动能和位能变化,工质从初态（p，T）可逆过渡到与环境相平衡的状态（p0，T0）时，工质焓降(H-H0)可能做出的最大技术功,以ExH表示.qwsws’ws’’T0'q流量1kg的工质，初状态为h1,s1,c1,z1exh=?经稳定流动，与环境达到平衡，状态为h0,s0,c0,z0，过程中放热为,对外作功为wsq假定通过可逆热机作功ws’qexh=ws’’=ws+ws’1h0h1qwsws’ws’’T0'q1热一律：22010101s1'2''qhhccgzzw热二律：iso0100qsssThs10010''exwhhTss一般动、位能变化忽略1001qTss初态h1,s1,c1,z1终态h0,s0,c0,z0稳定流动工质的焓Ex与An的说明1）稳流工质的焓h1-h0，只有一部分是exhanh=h1-h0-exh=T0(s1-s0)2）当环境p0,T0一定，exh是状态参数3）当工质状态与环境相平衡，焓exh=04）由初态1终态2的可逆过程，工质作的最大功maxh1h212012wexexhhTssh10010exhhTss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火用有什么差异？•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力称为物流火用，物流火用与焓火用相差工质的动能差和位能差。7.3火用损失(作功能力损失)•火用的基本含义是以环境为基准时系统的理论做功能力,它不是实际过程中系统作出的最大功,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,即火用与实际过程功无关.任何不可逆因素均引起功损失,即引起火用损失.7.3.1温差传热引起的火用损失TA环境T0Q0ExQAQRQ0′QRTBQExQBQTTExAQA)1(0QTTExBQB)1(0TATBQTTTTExExEABQBQAl)(00QTTTQTTTTEABABl)11()(000glSTE0gSTA环境T0Q0ExQAQRQ0′QRTBQExQBTST012341′2′3′33SSSg22lgE121222101000''QQQQQQTTTTTT7.3.2摩擦引起的火用损失T1T0RQ1Q2W11221100''QQQQTTTTIRW’Q1’Q2’10isoTTIRRSSSSS假定Q1=Q1’，WW’作功能力损失02tt,C1111TQQT1210QQTT220'QQT0TElgisoSTST00TST0El12343′glSTE0•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。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度，工质的作功能力的损失均可用此式计算。glSTE0注意！gigiililSTSTEE007.3.3能级与能量贬值原理能级能量数量能量火用值机械能和电能的能级为1.对热量:110TTQExQ能级越高,能量的可利用程度越大.能量贬值原理:在不可逆过程中,虽然能量的数量不变,但火用减少了,能级降低了,即能量的品质下降了.7.4火用方程gfdsdsdsTqdsfgdsTdsTTqT000twdhq②-①，得①②gtdsTwdsTdhqTT000)1(qexhdexlelthqewdexex1.开口系统的火用平衡方程lthhqewexexex)(21ltihihiQEWExExEx)])()([()(21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与工质焓火用之和等于系统完成的技术功与火用损失之和。积分得lthqewdexex)(120vvpwwu同理，闭口系统的火用平衡方程为：luuuqewexexex)(217.5火用效率与热效率loutinEExEx)()(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①②热力循环的热量火用效率为QexQExWQWtQExQWQcmaxctexQ火用效率是一种相对效率，它反映了实际过程偏离理想可逆过程的程度。7.6热经济学20世纪60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量与环境经济参量之间的相互作用。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、复杂的能量系统分析、设计和优化。•火用值计算•火用损失•火用方程•火用效率第七章小结重点了解第七章完闭口系统内能的Ex举例1kg空气，由p1=50bar,t1=17oC,膨胀到p2=40bar,t2=17oC,已知p0=1bar,t0=17oCu110010010exuuTsspvv求：该膨胀过程对外界的最大有用功01110p0001001001lnlnln1244/RTTpRTTcRpTpppppRTkJkgppmaxu1u2wexex闭口系统内能的Ex举例1kg空气，由p1=50bar,t1=17oC,膨胀到p2=40bar,t2=17oC,已知p0=1bar,t0=17oC01u1001ln1244/ppexRTkJkgppmaxu1u218kJ/kgwexex02u2002ln1226/ppexRTkJkgpp求：该膨胀过程对外界的最大有用功稳定流动工质的焓Ex举例压气机燃气轮机燃烧室t1=900℃p1=8.5bart2=477℃p2=1.03bart0=25℃p0=1.0barR=0.287kJ/kg.Kcp=1.10kJ/kg.K求:exh1,exh2燃气轮机最大功稳定流动工质的焓Ex举例maxh1h2499.2kJ/kgwexexh110010exhhTss11p100p00lnln696.4kJ/kgTpcTTTcRTph220020exhhTss22p200p00lnln197.2kJ/kgTpcTTTcRTp可逆功