动力工程热经济学

动本0718班张法科学号：0742021832 2012/10/10
动力工程热经济学作业（一）
热经济学又叫【砽】①经济学，是一种把热力学分析与经济因素相结合的交叉学科。

它兴起于20世纪50年代末。

热经济学是在砽分析的基础上发展起来的，用于研究热系统的经济行为。

热经济学的基本思想是将能量系统划分成各个子系统，各子系统之间通过一些物理砽流连接，然后通过各单元的砽平衡与砽成本平衡，并辅以必要的补充方程，得到系统中各股砽流的砽成本，进而得到系统最终产品的成本。

热经济学是将热力学分析与经济学分析有机结合而形成的一门交叉学科，它以热力学第二定律为基础，并引入了系统工程、优化理论、决策理论等基本思想，在解决复杂能量系统的分析、优化、综合方面具有特殊的优越性。

由于热经济学分析方法能够科学地揭示能量系统中各个环节的不可逆损失，同时可以对系统中各条砽流进行定价，因此热经济学分析方法的一大功能就是可以确定能量系统中的“用能薄弱环节”，对节能工作的开展有着重要的指导意义热经济学分析方法的特点：热经济学的分析方法结合了热力学分析方法和经济学分析方法的特点，它与以往热力学分析方法的不同之处主要在于:使用热力学方法对能量系统进行分析，往往是以热力学指标(例如能效率或者效率)来评判系统的优劣;而热经济学分析方法在考虑了系统热力学性能的同时，还考虑了系统的经济因素，其原因是任何实际的生产过程都是与经济效益相挂钩的，如果单一地追求热力学指标，就有可能使设备的初投资和运行费用大大增加，造成“得不偿失”的局面。

因此，从实际生产的角度出发，必须综合考虑设备的热力学特性和经济特性。

热经济学通过采用对系统中砽流价格化的方法，实现了热力学和经济学的结合，同时又引入成本差和经济因子的概念，从而为热经济性分析提供了有力的工具。

必要概念和基本理论
1.用能过程和目的
能源物质或体系中的能量释放和被利用的过程，称之为用能过程。

必定是在强度量差的推动下发生，随着此差值的持续存在而进行，并在此差值消失的同时终止。

用能过程热力学的目的是，如何以尽可能小的代价，从一种能源被利用的全过程中获得最高的效率或最大的总收益（不仅是取得功，而且包括从生活用热到驱动各种工业过程进行所需的各种形式的有效能量）
2.能的双重属性和全面节能
“能”是对客观世界普遍物质的某种“共性”的概括和抽象。

经典物理学视这种共性为“物质的运动”，因而定义“能是物质运动能力的量度”。

能的不等价性：不同形式的能的使用价值是有显著差异的。

不等价的实质：不同形式能的不等价性，主要取决于它是有序能，还是无序能。

凡是无序能，不能直接作动力利用，转换能力又差，其价值必定低于既能作动力利用，又能便于转换的有序能。

无序能的不等价性：无序能中隐藏潜在的有序运动。

有必要指出，能的量与质寓于同一属体，二者既有明显的区别，因而要用“能量”（表征能之数量多少）和“能质”（表征能的品质优劣）两个术语加以区别，却又是不可分割的，因而又应以“能”这个术语作为二者的统一体。

3.能行为的基本规律：
第一定律：热可以变为功，功也可以变为热。

一定量的热消失时必产生相应量的功；消耗一定量的功时必出现与之对应的一定量的热。

第二定律：(克劳修斯表述和开尔文表述)在一切与热相联系的自然现象中它们自发地实现的过程都是不可逆的。

（卡诺表述）凡有温度差的地方都能产生动力。

热力学第一定律主要从能的量的方面说明功和热量的等价性，即能量守恒；第二定律从转换能的质的方面来说明功与热量的本质区别，揭示了自然界中普遍存在的不可逆过程的实质，即能质蜕变。

4.能行为规律的数学表述——焓和熵及砽的理解和深刻认识
焓只是反映了能的数量大小，而未考虑能在质方面的差别，也就是把不同质的能视为“等价”的。

显然，这是与能的实际效用不相符合的。

熵及砽与焓的根本区别在于它确认了不同能之间所具有的质的差别，同时体现了能的量与质两方面的客观属性，因而更具科学性、准确性熵作为一个热力学量，其学术价值至少有以下几点：①兼具概念严谨和内涵丰富，可以说以一个词概括了整个二定律；②克劳修斯（熵）不等式的建立，完成了热力学第二定律由文字表述到数学表达的跨越；③熵产概念的引入，赋予了熵以表征能量品质参数的性质；④玻尔兹曼熵（S=k ㏑W）的创立，揭示了热力学宏观熵的微观本质，遂使熵成为沟通宏观热力学与微观（统计）热力学的桥梁；⑤熵方程的应用，创建了与一定律能量分析相对应的熵分析，成为二定律工程应用的有力工具。

热力学砽虽然没有热力学熵在概念上那么严谨，但却恰到好处地弥补了熵参数的某些不足，其优点已逐渐显见[21]：①由于砽参数的本意是用来表征能的“作功能力”的，这就赋予了 以浅显、具体而又易于理解的物理意义；②工程热物理学者从工程应用角度，选取“作功能力”作为衡量能质的指标，从而使砽成为可以直接表征能质的热力学量；③砽值计算统一规定以环境为基准、以可逆过程为作功路径，将砽构造为某确定态的单值函数，使之砽具有热力学态函数性质；
④ 值与能质不仅有一对应关系，且为能质高砽值也高的顺序，符合人的思维习惯，易于接受；
⑤在 概念基础上建立起来的用分析，算法规范，方法较简单，便于工程推广应用。

备注：①【砽】热力学名词火用（exergy）本文中全部采用汉字【砽】代替。