能源转换与利用

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。

2-4.温度火用均为正值，为什么开口体系的压力火用有负值，而闭口体系的压力火用均为正值？

1.温度火用：

高温物质的火用()⎥⎦

⎤⎢⎣⎡

---=000ln 1T T T T T T T c e p xT 0T T > 00>-∴T T 0ln 10

0>--T T T T T 0>∴xT e 低温物质的火用()()000s s T h h e x ---=

根据热力学第二定律，要求低于环境的温度，需要消耗外部一定的能量，所以从可逆过程看，将它恢复到环境状态时，也应具有一定对外做功的能力，即具有正的火用值。

2. 压力火用： 开口系统的压力火用：0

0ln P P RgT e xp =，当0P P <时，xp e 为负值，这是因为对压力低于环境压力的工质，流入环境状态内时，必须消耗外功，故压力火用为负值。 闭口系统的压力火用：⎥⎦⎤⎢⎣

⎡

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=0001ln P P P P nRT E xp ，当0P P =时，压力火用为0，当0P P ≠时，无论0P P >还是0P P <，xp E 始终为正值。这是因为对真空空间来说，由于造成真空空间也需要消耗能量，由于它与环境存在压差，是其体从环境流入真空容器的过程中，同样也可以做出功。

2-5热量火用均为正值，为什么潜热火用有负值？ 潜热火用⎪⎭

⎫ ⎝⎛

-=∆T T e x 01γ，γ为融化或气化时吸收的热量为正值，当0T T >时，x e ∆为负；γ为凝固或液化时放出的热量为负值，当T T <0时，x e ∆为负； ()()T T s s T h h e e e x x x γγ0001212-=---=-=∆

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：ez=（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：ex=ex2-ex1=（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，△ex ＞0；当T ＜T0时，△ex ＜0.

在凝固（液化）时r ＜0，当T ＞T0时，△ex ＜0；当T ＜T0时，△ex ＞0.

2-7过程不可逆造成的火用损失如何计算？

根据火用平衡：xsys xout xin E I E E ∆++=int ，所以xsys out xin E E E I ∆--=int

2-8哪些因素影响燃烧火用的损失大小，如何减少燃烧火用的损失？

影响因素：环境因素0T ，燃料低位发热量dw Q ，理论绝热燃烧温度。

减少燃烧火用的损失的方法：降低空气系数，提高空气预热温度。

2-9哪些因素影响传热火用的损失大小，如何减少传热火用的损失？

影响因素：传热温差，环境温度。

减少传热火用的损失的方法：减少传热温差。

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。

2-12什么叫火用效率，与热效率有什么区别和联系？

火用效率是指能量转换系统或设备在进行转换的过程中，被利用或被收益的火用xg E 与支付或耗费的火用xp E 之比，用e η表示，即xp xg

e E E =η

火用效率与热效率有本质的不同。火用效率是以火用为基准，各种不同形状的能量的火用是等价的，而热效率只记及能量的数量，不管能量品味的高低。但是它与火用效率

'e η有一定的内在联系。以动力循环为例'e t ηληθ=（t η：热效率，'e η：火用效率，θλ：热量的能级）

3-2采用各种提高蒸汽动力循环火用效率的措施，其主要根据是什么？

提高蒸汽吸热平均温度