有效能与过程热力学分析共22页文档
高等热力学课件第四章 可用能 可用能分析
(h
1 2
c2f
gz)in dmin
Qrev (2)
❖ 根据能量守恒，得到
We Qrev Q0 (3)
❖ 对控制容积列熵方程：
dSCV (sdm) (sdm)
out
in
Qi 0
Ti
❖ 稳态稳流，可逆：
(sdm)out (sdm)in
Qi 0(4)
Ti
❖
对卡诺热机，
❖ Four plausible process paths are proposed and analyzed. The analyses are performed for two fuels: hydrogen and methane. The results disclose that the majority (about 3/4) of the exergy destruction occurs during the internal thermal energy exchange. The fuel oxidation, by itself, is relatively efficient, having an exergetic efficiency of typically 94% to 97%.
七、可用能损失计算举例
❖ 1、绝热节流 ❖ 根据热一律，有
q w d(h 1 c2)
2
❖ 绝热节流过程：
q 0
❖ 所以， dh 0
w0
h1 h2
d(1 c2) 0 2
❖ 若为理想气体，又有
T1 T2
❖ 对于理想气体，热容为定值时有：
Sad
R ln
p2 p1
R ln
p1 p2
热电厂热力过程及效率分析
热电厂热力过程及效率分析第一部分：热力学基础热电厂是以蒸汽为工质的一个热力系统，因此，对热电厂的分析必须建立在热力学定律及理想热力循环的基础上。
一、热力学的基本概念：1．热力系：在分析热力过程或现象时，常从若干物体中取出需要研究的对象，这被取出的研究对象称为热力系。
热力系可以是元件或设备，也可以是系统或空间。
在同一个大的热力系统中，因研究问题的不同所选择的热力系也不同。
以热电厂为例，可以把锅炉、汽轮机或单独一部分蒸汽管道作为一个热力系研究锅炉运行、汽轮机运行或管道损失问题，也可以把锅炉、管道及汽轮机共同作为一个热力系研究发电供汽过程存在的问题。
外界：热力系以外的物质世界统称为外界或环境；边界：热力系与外界的分界面称为边界；因此热力系即为由界面包围的作为研究对象的物体的总和。
按热力系与外界进行物质、能量交换的情况不同，热力系主要有：闭口系：热力系与外界无物质交换；开口系：热力系与外界之间有物资交换，或者说有物质穿过边界。
按热力系绝热系：热力系与外界无热量交换；孤立系：热力系与外界既无能量交换又无物质交换；2.热力过程与热力循环：2.1概念：热力系状态连续变化的过程称为热力过程。
热力系统从一个初态出发经历一系列状态变化后又回到初始状态封闭的热力过程，称为热力循环。
2.2工程中常见的两类热力循环：P热能动力和制冷装置热机的经济性用热效率衡量，等于净功与向循环输入的热量比，η=W/Q0热力循环二、热力学第一定律：1.第一定律的实质：热力学第一定律是能量守恒与能量转换定律在热力学中的具体体现。
热力学第一定律：在任何发生能量传递和转换的热力过程中，传递和转换的能量的总量保持恒定不变。
“永动机是不可能制造成功的”。
2.热力过程的两种能量传递方式：热力系与外界传递能量的方式有两种：作功和传热。
2.1功：力学中功的定义为物体所受的力与沿力的方向所产生的位移之积。
δW=F.dx在热力学中功的定义为：功是物系间相互作用而传递的能量，当系统完成作功时，其对外界的作用可用在外界举起重物的单一效果来代替。
热力学完善度与有效能分析法
热力学完善度的基础理论
我们知道卡诺循环是理想循环，它的循环过程是可逆的，循环 过程没有产生熵的增加，理想循环的效率是最高的极限。对于实际 动力循环或是制冷（热泵）循环装置，各种不可逆因素都会引起熵 增。例如：在换热器中有传热温差，在热量传递过程中伴随着熵增； 汽轮机、内燃机或压缩机等热力机械中会有零件之间的摩擦，工质 流动与热力机械零件之间的摩擦，以及工质本身在高速流动中产生 的扰动和内部摩擦等，这些摩擦都将机械能转变为热能，绝大部分 耗散到环境中去使得实际循环的热效率下降。
热力学完善度的计算与应用实例
在热力学中所有的可逆循环都可等效为卡诺循环，虽然一开 始是从劳伦兹循环入手，但如果它们的高低温热源的热力学平均 温度相等，它们的循环效率也相等。经分析可知，热源为变温的 劳伦兹循环，其热源的热力学平均温度都可用热源进出口温度的 算术平均温度来计算。 1 逆卡诺循环高低温热源温度 逆卡诺循环高低温热源温度按照下式计算：
通常用热力学第一定律效率表示实际循环的效率，在大多数情 况下第一定律效率可以表示实际循环的用能效率水平。在我国的标 准制定中，也主要是以热力学第一定律效率为主导，包括各种热机 的热效率、制冷装置的制冷系数、热泵装置的制热系数等。
热力学完善度的基础理论
2.逆向卡诺循环 制冷与热泵产品的蒸气压缩制冷循环，采用压缩机、冷凝器、膨 胀阀和蒸发器等部件，通过输入电能，完成将热量从低温物体输 送到高温物体，如右图： 对于实际的蒸气压缩制冷循环，它的理 想循环是卡诺循环。卡诺循环是在两个 无限大的热源下工作，由两个等温过程 和两个等熵过程组成，在T-S图上是一个 矩形。
实际蒸气压缩循环制冷工况下能耗比EERR按照规定的测试方 法由实际测试所得。 制冷工况热力学完善度由下式计算：
化工热力学：第五章 化工过程热力学分析
5.1.3稳流体系热力学第一定律
根据能量守恒原理： 进入体系能量=离开体系能量+体系内积累的能量 ∵ 稳定流动体系无能量的积累
∴ E1 ＋Q＋W = E2 E2－E1 ＝Q＋W
(U2-U1)+(u22-u22)/2+g(Z2-Z1)=Q＋W ΔU＋Δu2/2＋gΔZ＝Q＋W （5-5）
5.1.3稳流体系热力学第一定律
5.1.2 封闭体系热力学第一定律
封闭体系只有能量交 换，无物质交换，故 与物质交换有关的动 能和势能变化为零
ΔU＋ΔEk +ΔEp＝Q＋W
ΔU＝Q＋W
5.1.3稳流体系热力学第一定律
稳定流动 敞开体系 稳定、连续、流进、流
出，不随时间变化，没 有能量和物料的积累。 化工过程中最常用
不能用ΔU＝Ｑ+Ｗ来表达!!!
5.1.3稳流体系热力学第一定律
以1Kg为基准!!! Q为体系吸收的热量 W为体系与环境交换
的功。
截面1的能量E1 E1 = U1 + gZ1+ u12/2
截面2的能量E2 E2 = U2 + gZ2+ u22/2
A1
u1
1
P1,V1,Z1,u1
Z1
Ws
Q
A2
u2
P2,V2,Z2,u2
2 Z2
Vdp udu gdz Ws,rev 稳流过程的可逆轴功
两边积分，并令V＝1/ρ，当与环境无轴功交换时：
p u2 gz 0
2
柏努利方程
其中： Ws,rev Vdp
Ws,rev
p2 Vdp
p1
5.1.3 稳流体系热力学第一定律
稳流过程的可逆轴功计算公式：
化工热力学：第五章 化工过程热力学分析
热机均从高温热源吸收无限小的热量δQh，恒温向低温冷源放
出无限小的热量δQl
Qh Ql 0
Th Tl
沿热力学循环过程作循环积分为：
Q
T
0
可逆循环等于0 不可逆循环小于0
热力学第二定律的本质与熵的概念
凡是自发的过程都是不可逆的，而一切不可 逆过程都可以归结为热转换为功的不可逆性。
一切不可逆过程都是向混乱度增加的方向进 行，而熵函数可以作为体系混乱度的一种量 度。
5.3.2 熵与熵增原理
1、熵S的定义
dS
(
Q
T
)可逆
( 1)
dS
(Q
T
)可 逆ACB
(Q
T
)可 逆ADB
P
任意可逆过程的热温商的值 决定于始终状态，而与可逆 途径无关，这个热温商具有 状态函数的性质。
F (不可逆)
D (可逆)
A B
C(可逆)
V
5.2.2 熵与熵增原理
2、不可逆过程的熵变
与体系密切相关、有相互 作用或影响所能及的部分称为 环境。
热力学基本概念复习2：体系的分类
根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类：
（1）敞开体系 体系与环境之间既有物 质交换，又有能量交换
（2）封闭体系 体系与环境之间无物
质交换，但有能量交换。
热力学基本概念复习2：体系的分类
（3）孤立体系（isolated system） 体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故
x H1 Hl 2736.5 844.9 0.9709 Hg Hl 2792.2 844.9
例题
例2：功率为2.0 kw的泵将95oC水从贮水罐泵压到换热
器，水流量为3.5kg/s，在换热器中以698kJ/s的速率将
热力学过程分析及其计算
热力学过程分析及其计算
双级循环热力学计算
2）图解法
①根据确定的蒸发压力p0和冷凝压 力pk， ②在pm（tm）值的上下，按一定间 隔选取若干个中间温度tm值。 ③根据给定的工况和选取的各个中 间温度tm分别画出双级缩循环的 lgp-h图，确定循环的各状态点的 参数，计算出相应的制冷系数ε 。 ④绘制 ε =f（tm）曲线，找到制冷 系数最大值 ε max，由该点对应 的中间温度tm 。
热力学过程分析及其计算
单级循环热力学计算
4.单位冷凝热负荷 qk 单位冷凝热负荷 制冷压缩机每输送1kg制冷剂在冷凝器中放出的热量，称为单位冷凝热 负荷，用qk表示。 qk=（h2-h2′）+（h2′-h3）=h2-h3 式中： qk单位冷凝热负荷（kJ/kg）； h2′ h2′与冷凝压力对应的干饱和蒸汽状态 所具有的比焓值（kJ/kg）； h3与冷凝压力对应的饱和液状态所具有 的比焓值（kJ/kg）； 对于单级蒸汽压缩式制冷理论循环，存在着 下列关系 qk = q0 +w0 5.制冷系数 ε0 制冷系数 单位质量制冷量与理论比功之比，即理论循 环的收益和代价之比，称为理论循环制冷系 数，用ε0表示， ε0=q0 / w0 =（h1-h4）/（h2-h1）
热力学过程分析及其计算
双级循环热力学计算
②拉塞经验公式法
对于两级氨制冷循环，拉赛(A.Rasi)提出了较为简单 的最佳中间温度计算式： tm=0.4tk+ 0.6to+3 式中，tm , tk和to分别表示中间温度，冷凝温度和蒸发 温度，单位均为℃。 上式不只适用于氨，在－40～40℃温度范围内，对于 R12也能得到满意的结果。
4）理论比功
w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg
C6化工过程的能量分析之有效能分析
化工热力学 第六章 化工过程热力学分析 第五节 6、化学 的计算：
E X C H H 0 T 0 S S 0
一般规定环境温度T0、环境压力P0以及基准物的种类、状态和组成。
（A）波兰学者斯蔡古特模型：
化工热力学 第六章 化工过程热力学分析 第五节 （B） 日本学者龟山—吉田模型:
其他元素以T0、P0下最稳定的化合物作为该元素的基准物，液 体、固体的基准物浓度（摩尔分数）规定为1。
化工热力学 第六章 化工过程热力学分析 第五节
解 E x ： T （ 0S 0 S ） （ H 0 H ）
P,
T,K
MPa
水
饱和蒸 汽
过热蒸 汽
饱和蒸 汽
饱和蒸 汽
0.101 3
1.013
1.013
6.868
8.611
298 453 573 557.2 573
S (KJ/Kg.K )
0.3674 6.582 7.13 5.826 5.787
6.5865 -819.9 819.9
S0=0.36740化工热力学来自第六章 化工过程热力学分析 第五节
5 热量 的计算：
定义：热量相对于平衡环境态所具有的最大作功能力。EXQ
由卡诺热机效率
k
WS QH
Ex,Q QH
THT0 TH
热物体P，T
恒温 变温
EXQ
Q1
T0 TH
EXQ QH1TTm0
E xT （ 0S 0S ） （ H 0H ）
P,MPa
T,0C H(KJ/Kg )
蒸汽7.00 285 2772.1 蒸汽1.0 179.9 2778.1 0.1013MPa 25(水) H0=104.89
热能可用性及火用分析共23页文档
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢！
热力学过程和动力学平衡和能对应
热力学过程和动力学平衡和能对应热力学过程与动力学平衡和能量对应热力学是物理学中研究系统宏观性质及其变化规律的科学。
在热力学中，过程是指系统状态的变化，而动力学平衡则是指系统在长时间内不发生净变化的状态。
能量作为系统性质的基础，在这两个概念中扮演着核心角色。
本文将详细探讨热力学过程、动力学平衡和能量对应之间的关系。
热力学过程热力学过程是指系统从一个初始状态变化到一个最终状态的过程。
这一过程可以通过多种方式实现，如恒温过程、恒压过程和绝热过程等。
每一种过程都有其特定的特点和规律。
恒温过程恒温过程是指系统在整个过程中温度保持不变的过程。
在这一过程中，系统的内能不变，因为温度是内能的一个直接度量。
然而，系统可以吸收或释放热量，同时对外做功。
根据热力学第一定律，系统的内能变化等于吸收的热量减去对外做的功。
恒压过程恒压过程是指系统在整个过程中压力保持不变的过程。
在这一过程中，系统的体积可以发生变化，因此其内能也会发生变化。
系统可以通过吸收或释放热量以及对外做功来改变其内能。
绝热过程绝热过程是指系统在整个过程中没有与外界交换热量的过程。
这意味着系统的内能变化只能通过对外做功来实现。
绝热过程通常是快速进行的，因此系统的温度和压力可以发生显著变化。
动力学平衡动力学平衡是指系统在长时间内不发生净变化的状态。
这意味着系统的宏观性质，如温度、压力和体积，保持恒定。
动力学平衡是热力学系统的一种理想状态，实际系统中很难实现。
热力学第二定律热力学第二定律是描述动力学平衡状态的重要定律。
它指出，在一个封闭系统中，总熵（即无序度）随时间增加，或者保持不变。
这意味着系统趋向于达到一个熵最大的状态，即动力学平衡状态。
能量对应能量对应是指系统在某一过程中能量的变化与该过程中发生的事件之间的关系。
在热力学中，能量对应关系主要体现在以下两个方面：热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律在热力学领域的具体表现。
它指出，在一个封闭系统中，系统的内能变化等于吸收的热量减去对外做的功。
化工热力学有效能
第四章祀工过穆的滋蚤今祈4. 1能量平衡方程及其应用4. 2热力学第二定律与爛平衡4.3理想功和损失功4・4过程火用分析4. 4过程火用今祈4. 4. 1火用的概念4. 4・2物理火用的计算4. 4・3化学火用的计算4. 4. 4火无4・4・不可逆性和火用损失I 4・6火闿衡算及火用效率4. 4・7火用分析法及其应用I 4. 4.1有效能（炯）的概念能量不町又有数量的大小，而且还有品质（位）的高低。
能量品质的高低体现在它的转换能力上，即能量转换为功的能力。
按能量转化为有用功的多少，可以把能量分为三类:■高（品）质能量：理论上能完全转化为有用功的能量。
质和量是统一的，如电能、机械-低（品）质能量：能部分转化为有用功的能量。
如物质的内能（焙）、热能和以热的形式传递的能量。
■僵态能量：理论上不能转化为功的能量。
如海水、地壳、处于环境状态下的能量;❿为了衡量能量的可利用程度或比较体系在不同状态下可用于作功的能量大小，1932Keenen 提出了能量的“可用性”概念，1956年Rant国夕卜：g^ergy, essergy, availab订ity, available energy, utilizable energy • •・国内：■解賄疑可用能、资用能等我们采用：有迦工”并用符号瓦表示JI)・（有效能）的定义:由体系所处的状态到达基准态所提供的最大有疇即为体系处于该状态的火用。
用比表示■炕（无效能）:理论上不能转化为有用功的能量。
■为表达体系处于某状态的作功能力，先要确定一个基准态,并定义在基准态体系作功能力为所谓的基准态就是体系变化到与周围自然环境达到完全平衡的状态。
这种平衡包括热平衡.力平衡和化学平衡。
♦平衡的环境状态即为热力学死态（寂态），体系处于热力学死态时，火用为零。
即基准态下体系的作功能力为零。
2）•火用（有效能）的组成F于没有核•磁•电与表面张力效应的过程，稳流体系的火用可由下列四个主要部分组成：♦火用珂二动能火用E K +位能火用E,P+物理火用珂,ph +化学火用码♦由于动能和位能对火用的贡献很小，可忽略不计，此时：火用二物理火用+化学火用♦物理火用：物系由所处的状态到达与环境成约束性平衡状态所提供的最大有用功，即为该物系的物理火用。
有效能与过程的热力学分析
B 压力有效能
对于理想气体
RT V P
每摩尔理想气体的压力有效能为
E XP
P R V V T T0 dP V T T0 dP P0 P0 T P P P RT0 ln P0 P
6.4.5理想功与有效能的区别和联系
推论 高质能量=有效能 僵态能量=无效能 低质能量=有效能+无效能。
6.4.2 有效能的形式
(1) 机械能、电能的有效能 机械能和电能全部是有效能，即 EX=W （2）物理有效能
物理有效能是指系统的温度、压力等状态不同于环境而
具有的有效能。化工过程中主要涉及：
与热量传递有关的加热、冷却、冷凝过程（热有效能）； 与压力变化有关的压缩、膨胀等过程（压力有效能）。
(1) 环境温度为298K，高于冰点时
Wid H T0 S 334.9 104.8 298 1.2265 0.3666 35.04kJ / kmol
表明若使水变成冰，需用冰机，理论上应消耗的最小功为 35.04kJ/kg。
(2) 环境温度为248K，低于冰点时
其 它
总能量分析
有效能分析
6.4.1 有效能与无效能的概念
(1)能量的分类
按可转化为有用功的能力，分为三类： ⑴高(品）质能量：理论上能完全转化为有用功的能量。 如电能、机械能；
⑵僵态能量：理论上不能转化为有用功的能量。如海水、
地壳、环境状态下的能量；
⑶低（品）质能量：能部分转化为有用功的能量。如热
化工热力学
Chem. Eng. Thermodynamics
崔洪友 山东理工大学化工学院 2007-12-09
6.5 有效能与过程的热力学分析
H H 0 H C H O 2 H CO 2 S S0 SC SO 2 SCO 2
0 C 0 O2 0 CO 2
上述气体视为理想气体，对1mol C：
H H 0 H H H H 0 0 0 S S 0 S C (S O 2 R ln 0.21) S CO 2
( B) in ( B) out D
Wid WS WL
B Wid WS T0 St D T0 St
不可逆过程中，有效能的损失等于损失功T0ΔSt。
●有效能效率 有效能效率定义为输出的有效能与输入的有效能之比
B
( B) out ( B) in
对可逆过程，ηB=100%，真实过程ηB<100%。它表明 了真实过程与理想的可逆过程的差别。
P 0.9 B RT0 ln 8.314 298 ln 5443 .8 J mol 1 P0 0.1
热的有效能
温度为T的恒温热源的热量Q, 其有效能按卡诺热 机所能做的最大功计算：
T0 B WCarnot 1 Q T
变温过程的热的有效能
B T0 S H T0
高温的烟道气从800℃降低到环境温度25℃放出的热量 Q烟 wCP (T T0 ) 500 0.8(800 25) 3.1105 kJ h 1 低温排水的有效能 353 B水 1348 4.18 80 25 298 ln （ ） 2.55 10 4 kJ h 1 298 低温排水从80℃降低到环境温度25℃放出的热量
对于理想气体
RT V P
R V T P P
每摩尔气体的压力火用
E XP
过程热力学分析及节能
在管道中每输送1kg蒸汽，若保温不良，则其热损失为2129.7 kJ，这就是说，2129.7kJ的热量通过卡诺热机可提供612.10kJ的 功。此冷凝过程的理想功也为612.10kJ，验算如下：
Wid h T0S h1 h2 T0 S2 S1
2740 .3 610.63 2981.7907 6.8833
Sg m j S j
j
out
mi Si in S f
i
根据热力学第一定律
H Q WS 因此 对于理想气体等温混合过程 H 0， WS 0，
即
Q0 S f 0
Sg m j S j
j
out
mi Si in S f
等温混合过程对于每个组分而言，是等温膨胀过程；反之，等 温
i
分离过程对于每个组分而言，是等温压缩过程。混合过程是自发 过程，理想功大于零；分离过程是非自发过程，理想功小于零。 例 3 欲将0.10133MPa（1atm）、25℃的空气分离成相同 温度、压力下的纯氮和纯氧，至少需要消耗多少功？
[解] 设空气中氮的摩尔分数为0.79，氧的摩尔分数为0.21， 根据式（5—19a），对1mol空气分离最小功为
具有作功的能力，在冷凝成水的过程中将蒸汽的作功能力损耗掉
。试计算1kg蒸汽处于0.4154MPa、145℃下冷凝成同样压力和温 度的水时的热损失与损耗功。已知大气温度为25℃。 [解 ] 焓和熵为 查附表3（饱和水蒸气温度表）可得145 ℃饱和蒸汽的
h1 2740 .3kJ kg
1
s1 6.883kJ kg 1 K 1 s1 1.7907 kJ kg 1 K 1
热力学第一定律：
能量的利用效率、有效功
in May/2009
City Gas type
LPG type
Capacity:1kWe
Capacity:1kWe
Efficiency:
Efficiency:
e: 37%+(LHV) 33%+(HHV)
e: 35%+(LHV)
h: 52%+(LHV)
h: 50%+(LHV)
47%+(HHV) Price: 3,465,000 JPY
5
燃气轮机热电联产
燃料：天然气等
发电效率较高
没有补燃的燃气轮机联合循环
热电联产的经济指标 总热效率=（供热量+发电量3600kJ/kWh)/(燃料总耗量低位发热量） 热电比=供热量/（发电量3600） 热化系数：供热机组最大供热能力与系统最大热负荷之比 小时热化系数 = QT / Qm 年热化系数= 面积1834561 / 面积1234561 Qm – QT部分：辅助锅炉
利用可再生物质的扣除率 Drm E = E’(1-Drm)
系统可持续性指标： 总体Exergy回收率 = E制品/E原料 回收率 = 再生品质量/原料质量 可再生能源利用率 = E可再生能源/E原料
Exergy环境税
提案：根据exergy的损失征税 （ExTB：Exergy Tax Base）
ExTB (E原料, j ) (E废弃处理辅助原料, j ) (E副产品, j ) E制品
全年热负荷持续曲线
小型热电联产的性能、价格比较
工艺方式
技术状况
容量（kW）
电效率
总效率
设备造价（元 /kW）
工程总包造价 （元/kW）
余热回收加价 （元/kW）
有效能衡算和有效能效率资料PPT学习教案
a ．动能有效能 Exk 流体的动能可以全部转化成有效的功，因此
流体的动能即属于有效能。动能项中的线速度为 物系与地球表面的相对线速度。 b ．位能有效能 Exp
流体的位能同样也可以全部转化为有效的功， 因此流体的位能也即属于有效能。位能项中的位 高是以当地环境海平面为零作基准的。
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d ．化学有效能 Exc
体系从与环境仅成热平衡和力平衡的状态到 达与环境完全平衡的状态时所提供的理想功即为 该体系的化学有效能。这也就是说，体系由于组 成和环境组成不同所具有的有效能称为化学有效 能。所谓完全平衡是指体系和环境既有热平衡、 力平衡且又有化学平衡的平衡。此时体系与环境 除温度、压力相等外，体系的组成还与环境物质 相互混了或者发生化学反应。通常，体系由热平 衡且力平衡的状态到达完全平衡的状态，须经化 学反应与物理扩散两个过程。化学反应是将原体 系的物质转化成环境物质（基准物）。物理扩散 指原体系或经化学反应后生成物的浓度变到与环 境中基准物浓度相同的过程。
a ．理想功就是体系变化过程按完全可逆地进 行时所作的最大功。
b ．在有效能研究中，选定环境的状态 T0、p0 （ ）作为基态，即将周围环境当作一个具有热 力学平衡的庞大体系，这种状态下的有效能值为零
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有效能的组成
对于没有核、磁、电与表面张力效应的过程， 稳定流动的流体（体系）的有效能可由下列四个主 要成分组成，即动能有效能、位能有效能、物理有 效能和化学有效能。
in
Sl ml sl out sl in
第21页/共30页
具体应用时，根据不同情况有下述几种简 化形式。
(l）对于大多数化工过程，流体的流速 u 和位高 z 变化不大，
热力学完善度与有效能分析法
热力学完善度的计算与应用实例
在热力学中所有的可逆循环都可等效为卡诺循环，虽然一开 始是从劳伦兹循环入手，但如果它们的高低温热源的热力学平均 温度相等，它们的循环效率也相等。经分析可知，热源为变温的 劳伦兹循环，其热源的热力学平均温度都可用热源进出口温度的 算术平均温度来计算。 1 逆卡诺循环高低温热源温度 逆卡诺循环高低温热源温度按照下式计算：
e1 式中， ex1 exq
ex
为不可逆㶲损失率。如果不利用余㶲，则有
w12 ex 2 e1 1 1 ex1 exq ex1 exq ex1 exq
ex 2 式中， ex1 exq 为不可逆㶲损失率。上式把㶲效率分为三部
分，即㶲效率=1-余㶲损失率-不可逆㶲损失率 这是分析能源利用㶲效率的基本公式。
EERc=T1/Th-T1=284.8/309.25-284.8=11.65 机组B的热力学完善度为COPR/EERc=0.463
2 2 T T 309.1 317.1 Th h.in h.out 313.1 2 2
EERc=T1/Th-T1=283.35/313.1-283.35=9.52 机组A的热力学完善度为COPR/EERc=0.448
T1.in T1.out 286.8 282.8 284.8 机组B T1 2 2 T T 305.3 313.2 Th h.in h.out 309.25 2 2
热力学完善度的基础理论
3.热力学第二定律和循环的第二定律效率 热力学第一定率给出了能量间的数量关系，但能量在转换时是有 方向的。开尔文和普朗克给出的热力学第二定律表述为： 不可能制造一种只是连续的从单一热源取热并制成等量功量的热 机，而不产生其他效果。（只有一个热源就可以循环做功的第二 类永动机是不可能制造成功的） 克劳修斯从热量传递的角度表述热力学第二定律： 不可能制造出一种机器，可以连续的从冷的物体取热并排放到热 的物体，而不产生其他效果。 这个表述对制冷和热泵装置再合适不过了，制冷和热泵装置就是 连续的向低温物体取热，而将热量排放到高温物体。但这个过程 是有代价的，那就是必须输入电能或机械能。