3第三章 - 热力学基本分析方法-毕月虹

第三章
热力学基本分析方法
热力学能分析：应用能的传递和转换理论（热一 、二定律）分析用能过程的合理性和有效性。 合理性：用能方式是否符合科学原理； 有效性：用能的效果，即能被有效利用的程度。
一、焓分析方法
实际上是热力学第一定律分析方法，它是运用热平 衡原理，以热效率为基本准则，分析及评价用能设备和 系统能量有效利用状况的方法，鉴于分析时对某些能量 项以焓值表示，习惯上也称焓分析法。 倘若分析对象仅有热能和机械能，如对锅炉、加热炉、 热机的定量分析，则也可称为热平衡分析方法。
W1,i

W1,i W1

W
W1,i
W
1,i
n
1,i
1
i 1
子系统的熵增率为：
Si

Si Si S Si
由系统中各子系统作功能力损失率及熵增 率的分布可以找出系统中作功能力损失率 最大的薄弱环节和部位。
热力学第二定律效率
——系统用能状况的评价准则
Wi Wa 1 W0 W0
式中：W0 ——系统的理论作功量； Wa——系统有效输出功。
由于熵概念的抽象和熵的定义颇难理解等 原因，致使这种方法至今未能被工程技术 界所普遍应用。
三、火用分析方法
对于二定律 火用方程： 火用效率：
E x,sup E x,ef E x,loss
W1 W1,i T0 SHale Waihona Puke Baidui
i 1 i 1 n n
式中：W1 ——能量系统中不可逆过程所引起的作功能力损失； W1,i ——子系统的作功能力损失； S i ——子系统i的熵增； T0 ——环境温度。
依据热力学理论，各种过程的熵增均可以计算，因而 由若干过程所组成的子系统的熵增，以及由若干子系 统所组成的系统的熵增均可计算。相应地，对于一个 能量系统，就可以计算出各子系统及整个系统作功能 力的损失，并据此进行能量分析，这就是熵分析法。 子系统的作功能力损失率为：
四、三种分析方法比较
①焓分析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。熵分 析及火用分析与焓分析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； ②火用分析与熵分析同是热力学第二定律分析法， 二者结果虽相同，但工程上普遍采用火用分析法而 不采用熵分析法，主要原因在于，前者是对能质的 直接描述，易于理解，火用值还比熵值便于计算， 给实际分析和工程应用带来了很大方便，从工程的 角度看，这是一个很重要的优点。
由焓分析法可以找出用能系统中热损率最 大的薄弱环节和部位，为改进设备的用能 状况提供技术依据。
二、熵分析方法
从指导用能实践的观点看，热力学第二定律的意义在于 指出了过程的不可逆性必然导致作功能力的损失，而孤 立系统的熵增是过程不可逆性的量度。这样，就把孤立 系统的熵增与作功能力的损失联系了起来，并由热力学 建立了熵分析法的数学描述：
ex
E x ,ef E x ,sup
1
E x ,loss E x ,sup
式中：Ex,sup—供给；Ex,ef—有效；Ex,loss—损失；ηex—火用效率。
火用分析特色
（1）不同品质的能量都取其火用值进行平衡分析，这就充分考虑了 能量的品质对实际利用的影响，兼顾了能量与能质的各自作用。 （2）火用分析同时给出了外部与内部损失分布，从而可以准确地指 出最大火用损部位或环节，为全面辨识系统的用能薄弱环节提供了 依据；能量平衡法只能给出外部损失，而在很多情况下外部损失不 一定是主要损失，由此可能引起对用能薄弱环节判断的失误，甚至 导致错误的用能政策。
基本内容
（1）依据能量系统热力学模型，进行系统的能量平衡； （2）依据能量平衡，计算热效率，用以评价用能系统的 优劣； （3）计算各项热损失，以获得用能系统热损率的分布。
对于一定律 能量方程： Esup Eef Eloss
Eef Esup Eloss Esup
用能效率：
e
1
式中： Esup——供给能； Eloss——损失能； ηe——用能效率。