能源转换与利用课后题答案

1—1何为能源，能源如何分类？分别具体列举一次能源、二次能源、耗能工质。

①能源：比较集中的含能物体或能量过程
②一次能源：自然界中现成存在，可直接取用如，煤、水、太阳能
二次能源：经过加工或形式转换的能源，如焦炭、汽油、电力和蒸汽等
耗能工质：在生产过程中所消耗的那种不做原料使用，也不能进入产品制取时又需消耗能源的工作物质。

包括：氮气、压缩空气、鼓风、压力水
1—6能源与发展国民经济有怎样的关系？
答：能源利用的每一个新发明均给生产带来一次新的飞跃，任何工农业生产都离不开能源，他们对能源的需求量不仅表现在生产中直接消耗的能源，还包括生产设备本身及原材料在生产过程中间接消耗掉的能源。

因此，每个国家国民经济的发展与能源的消费量增长之间密切相关。

1—8什么叫能量利用率，什么叫能源利用率，二者有何区别和联系？
答：
①能源利用率：反应能源的有效利用程度，是指在利用能源资源各项活动中所得到得起作用的能量与实际消费量的能量之比；
②能量利用率：是指供给或消耗的能源中所具有的能量被有效利用的程度；
③区别和联系：终端的能量利用率反应用能设备的先进程度，系统的能源利用率反应整个国家对能源的有效利用程度，通过提高能源转换设备的效率及用能设备的效率是提高能源利用率、节约能源消耗的途径。

2—2火用和熵都是热力学第二定律导出状态参数，试述二者区别。

答：①火用是可用能，熵是不可用能
②熵变量越大，火无就越大，相应火用值越小
2—3火用有哪些特征，有什么实际意义。

答：火用是能量中可用的那部分热量
①热量火用：是热量本身的固有特性，每一个系统吸收热量时，同时吸收该热量中的火用，
反之，当放出热量时同时放出该热量中的火用。

②温度火用：
高温物质的火用：温度越高，能级越高，可用能越大；
低温物质的火用：温度越低，能级的绝对值越大，可用能越大。

③潜热火用：
在融化（气化）时需要吸收热量，r为正值，当T＞T0时，吸热后火用将增加；当T＜T0时，吸收热量后火用反而减小。

当物质凝固（液化）时，需要放出相应数量的潜热，r为负值，当T＞T0时，放出热量后火用将减小；当T＜T0时，放出热量后火用反而增大。

2—5 热量火用为正值，为什么潜热火用有负值？
①热量火用的表达式：e z=（h-h0）-T0（S-S0）
热量火用是热量本身的固有属性，只要与环境处于不平衡状态，它就具有一定的火用值，热量火用均为正值。

②潜热火用表达式：e x=e x2-e x1=（h2-h1）-T0（S2-S1）=r-T0（r/T）=r（1-T0/T）。

r为吸收率放出的前热值。

潜热火用的正负与吸热还是放热以及相变温度有关，
在融化（气化）时r＞0，T＞T0时，△e x＞0；当T＜T0时，△e x＜0.
在凝固（液化）时r＜0，当T＞T0时，△e x＜0；当T＜T0时，△e x＞0.
2—10火用损失与热损失有什么区别联系？
区别：
①火用损失有外部和内部火用损失，外部火用损失是由于火用未被利用而造成的损失，相当于能量平衡中能量损失项造成的火用损失，内部火用损失是由于过程的不可逆造成的损失。

②热损失是输入热量中未被工质吸收利用的那部分，没有热损失也有火用损失。

联系：都是能量转换过程中未被利用的那部分能量，火用损失包括热损失。

2—11火用平衡与热平衡有什么区别和联系？
区别：
①火用平衡指的是火用和火用损失之和的平衡，火用只能是能量中的可用能部分，它的收
支一般不平衡，在实际转换过程中，一部分火用得转换为不可用能；
热平衡是指热力系统中没有外界作用的情况下，宏观性质不随时间而变化的状态。

②火用平衡指的是能量质量上的平衡，热平衡指的是能量数量上的平衡。

联系：热平衡包括火用平衡。

2—12什么叫火用效率，火用效率与热效率有什么区别和联系？
区别：
①火用效率是指在能量转换系统或设备进行转换过程中，被利用或被收益的火用与支付或
消耗的火用之比。

②火用效率与热效率有本质的区别火用效率是以火用为基准，各种不同形式的能量的火
用是等价的。

而热效率只涉及能量的数量不管能量品质的高低。

联系：热效率与火用效率有一定的内在联系以动循环为例ηt=λe·ηe`，其中ηe`为火用效率，ηt为热效率，λe为卡诺因子。

装置的不可逆过程程度越大，ηe`越小，则热效率离卡诺循环越远。

3—5采用热电联产有哪几种方式？各有什么优缺点？
答：①背压式热电联产系统：
优点：在额定负荷下具有很高的经济性，使能源得到阶档利用。

缺点：要求电负荷与热负荷完全匹配，应变能力差。

②抽气式热点联产系统:
优点：调节灵活可靠性高，没有热负荷时照常可以发电，能够适应用户在一定范围内波动，是我国热电厂主要采用的机组。

缺点：抽气式热电系统的汽轮机流通部分要考虑汽量有较大范围变动，故它的循环效率低。

3—8什么是热泵，具体怎么实现利用低温区的热能？
答：
①热泵是一种能使热量从低温物体转移到高温物体的能量利用装置。

②压缩式热泵：热沸点工质通过压缩机压缩消耗外功，使工质的压力，温度升高。

由于它的温度高于供热所需的温度，让他通过冷凝器向室内供出热量而本身被冷凝，然后通过膨胀阀节流降压后，同时温度也降低。

③吸收式热泵：由于吸收剂和工质组成的溶液于发生器之中。

当高温热源对发生器中的溶
液进行加热时，由于工质容易气化，在发生器中产生一定压力的水蒸气，发生器起到压缩机的作用。

工质在冷凝器中放热，经节流阀降压、降温后在蒸发器中从低温热源吸热，在蒸发器中蒸发的低压蒸汽送至吸收器中，再次被吸收剂吸收后的稀溶液送回发生器循环使用。

5—2 余热锅炉与工业锅炉相比，有哪些特点？相应地采取什么措施？
答：
特点：
①如果余热锅炉回收的蒸汽是为了一般供热需要，则不要求太高的蒸汽压力，是以回收尽可能多的热量为目标。

措施：需确定适当的蒸汽温度和压力。

②余热锅炉产生的蒸汽量取决于前部设备的生产工艺，不能随用户需要变动。

措施：最好进入蒸汽管网，负荷的变化由供热锅炉调节。

③余热锅炉容量的确定要考虑生产工艺的周期性，最大、最小烟气流量以及相应的温度变
化规律。

措施：增加辅助燃烧装置。

④余热锅炉工作温度较低，对相同的蒸汽锅炉而言，所需的传热面积比工业锅炉大。

措施：尽可能减少废气进入锅炉的温降，减少在烟道中吸入冷风。

⑤根据烟气的不同特性，需要采取相应措施。

措施：消除受热面积灰。

5—3试述回转式换热器的传热原理及适用场合。

答：
原理：转子的一部分扇形区域与空气通道相连。

两个通道之间留有一小块扇形过渡区。

随着转子的旋转，蓄热体在与烟气相通的位置吸收热量，转至与空气通道相通的时，又将蓄热量传给空气，从而实现传热。

适用场合：最早用于电厂锅炉的空气预热器。

5—4试述热管的工作原理及其组成。

答：
原理：热管的一端与热流体接触，工质受热后蒸发为蒸汽，产生的蒸汽依靠空间内微小压差，经中间传输段流向冷凝段，在此工质向冷流体放出热量，冷凝成液体，然后依靠吸液芯的毛细管作用回流到蒸发段。

组成：①两端密封的容器②吸液芯③容器内工质
5—5试分析热管换热器的优点。

答：
①传热性能高②传热平均温差大③结构紧凑④布置灵活⑤工作安全可靠
5—6热管的工作液体如何选择确定？什么叫管壳材料的相容性？
答：
需求：热输送能力大，热稳定性好，与吸液芯及壳体材料有良好的相容性，工作温度下蒸汽温度不宜过高。

管壳材料的相容性：工作液体与管壳的相容性是指不腐蚀材料和不产生凝结气体。