【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)展。 熵 分析法的主要內(nèi)容是通過對體系的 熵 平衡計算，求取 熵 產(chǎn)的大小及其分布，分析影響 熵 產(chǎn)的因素，確定 熵 產(chǎn)與不可逆損失的關系，作為評價過程的不完善程度和改進過程的依據(jù)。該方法只要求針對某一具體的算例采用一致的基準態(tài)，所以應用起來比較方便。但是其有明顯的不足之處。首先，無法用它來評價能量系統(tǒng)的使用價值，因而不便于使用統(tǒng)一的尺度來考察各類用能裝置的完善程度以及一次能源利用的充分程度 。其次， 熵 的概念比較抽象，其本身并不是一 種能量。 火用 分析法是在熱力學第一、第二定律的基礎上結合周圍環(huán)境從對能的本性的 全面認識以及從能的實用性出發(fā)而提出的一種思想和方法。明確定義了 火用 效率，規(guī)定了 火用 的基準態(tài)，并參照熱力學第一定律的能量平衡方程式得到了 火用 平衡方程。礎上解決了燃料擁、化學 火用 、工質 火用 的計算問題，豐富了熱力系統(tǒng)節(jié)能分析理論。由于傳統(tǒng)的設計方法及可利用的數(shù)據(jù)資料均以熱力學第一定律給出，用熱力學第二定律分析進行在線監(jiān)測還有一定 8 困難。今天 ,火用分析方法已被廣泛應用于能源科學中 ,并取得了令人信服的成果。通過火用分析我們可以更深刻、更本質地認 識能量系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié) ,從而更加合理地安排用能過程。因此 ,火用分析思想及其在其它領域的應用 ,是特別值得研究的。概括起來說 ,它應包括如下五個方面 : (一 )事物的可用性在于事物的質 通過對能量的火用分析我們知道 ,人類能夠通過轉換加以利用的 ,并不是能量的總數(shù)量 ,而是能量中所包含的火用 ,而火用含的大小是通過能量的品質來表現(xiàn)的。因此 ,能量的可用性歸根到底在于能量的品質 ,品質高的能量可用性大 ,品質低的能量可用性小。因次 ,我們利用的正是能量的品質。推而廣之 ,對于任何可為人類利用的東西 ,人類所利用的也正是這些東西中所包含的質 。一輛在露天擱置的汽車銹壞了 ,失去了利用價值 ,但構成它的物質依然存在。它之所以不能再被使用 ,是因為構成它的物質的質變壞了。同樣 ,對一定數(shù)量的食品 ,由于保管不善 ,不能再被食用 ,雖然構成它的物質依然存在 ,但構成它的物質的質已經(jīng)降低了。放眼望去 ,這類例子比比皆是 ,凡不能再被利用的東西 ,均是缺少人類所需的某種品質的緣故。因此 ,我們利用的正是事物的質 ,而非其它。 (二 )事物的質是與使用它的環(huán)境密切相關的 能量的火用始終是與環(huán)境溫度相關的 ,反映了能量的品質要受到環(huán)境的影響。而系統(tǒng)的火用 ,雖然也是一個狀態(tài)函數(shù) ,但它又與焓 、熵等狀態(tài)參量不同 ,它還與環(huán)境溫度有關。說明系統(tǒng)的可用性始終是與使用它的環(huán)境密切相關的。其實 ,這也絲毫不難理解 ,任何物體都離不開環(huán)境 ,城市更需要的原材料、能源和各種工業(yè)基礎物資 ,這些物品在城市使用更能體現(xiàn)它的價值。 (三 )耗散的存在是不以人的意志為轉移的 因為熵是一個狀態(tài)函數(shù) ,所以只要系統(tǒng)的狀態(tài)確定 ,系統(tǒng)的熵就確定了 ,系統(tǒng)內(nèi)部的混亂度也就隨之確定。同樣由熵來描述的系統(tǒng)的耗散度也就確定了 ,所以熵耗散是不以人的意志為轉移的 ,我們不能通過減少摩擦和提高儀器的精度來消除它。它對火用損的貢獻來自熵與環(huán)境的乘積 ,兩者缺 一不可。當系統(tǒng)與環(huán)境的熵差小時 ,系統(tǒng)的可用能增加 。當環(huán)境的溫度更低時 ,系統(tǒng)的可用能也增加。由此可見 ,我們雖不能消除熵耗散的存在 ,但可以選擇系統(tǒng)的使用環(huán)境來減小它對系統(tǒng)品質的影響。比如 ,消費者擁有 9 一定數(shù)量的蘋果 ,雖然蘋果有皮和核或疵點 ,還可能有部分是壞的 ,這是一個耗散量 (包括內(nèi)耗散和外耗散 ),它的存在是不以人們的意志為轉移的。 (四 )火用是系統(tǒng)與環(huán)境差異的量度 中國人追求 “ 與眾不同 ” 、 “ 超凡脫俗 ” 、 “ 出類拔萃 ” 等試圖與環(huán)境增加差異的道理是非常正確的 ,物以稀為貴 ,也充分顯示了環(huán)境差異在經(jīng)濟學領域中的作用 ,當系統(tǒng) 與環(huán)境的差異增大時 ,系統(tǒng)的品質就增加了。這一點絲毫不難理解 ,比如高溫的系統(tǒng)相對環(huán)境載有火用 ,溫度越高載火用量越多 ,反之 ,低于環(huán)境溫度的系統(tǒng) ,比如環(huán)境中的冰塊 ,同樣也載有火用 ,因為我們可以利用冰與環(huán)境的溫差驅動一個熱機工作從而得到功。同樣 ,處于大氣中的真空也是一個火用源 ,因為真空與環(huán)境之間存在著差異 ,這種差異可以通過機器得到功。因此 ,火用是系統(tǒng)偏離平衡態(tài) (環(huán)境 )的量度 ,與環(huán)境的差異越大 ,系統(tǒng)的品質越高。 (五 )火用是事物發(fā)展的動力 熵增加原理告訴我們 ,孤立系統(tǒng)的熵永不減少。 ,孤立系統(tǒng)的火用永不增加 ,這一論斷在 能量品質方面的拓展 ,就是孤立系統(tǒng)只能自發(fā)地向著能量品質降低的方向發(fā)展 ,此即為能的降級原理。在更大的范圍上 ,從總體來看 ,質的降級是不可抗拒的自然規(guī)律。我們已經(jīng)知道 ,能流或物流的推動力是質的差異 ,高品質的能量和物體 ,有自發(fā)向低品質的方向發(fā)展的趨勢。這就解釋了熱能為什么只能自發(fā)地從高溫物體流向低溫物體 ?？諝鉃槭裁磿园l(fā)地充入真空容器中等等 [8]。 矩陣分析法 電廠熱力系統(tǒng)的矩陣分析法是聯(lián)立各級回熱加熱器的熱平衡方程式，通過求解一組包含各級抽汽量的線性方程組完成對熱力系統(tǒng)的計算。矩陣分析法由熱平衡法推導而 來，其特點是一次能計算幾個或幾十個未知的參數(shù)，同時求出各級抽汽量。 該方法便于實現(xiàn)計算機化，能夠方便、快速、精確的解決問題。熱力系統(tǒng)的矩陣分析法形成于上世紀 90年代初，經(jīng)過 10多年的不斷發(fā)展，在原有方法的基礎上，熱力系統(tǒng)矩陣分析法不斷改進，統(tǒng)一了熱平衡的表達形式，考慮了輔助蒸汽、輔助水流以及散熱損失等，使 “ 矩陣法 ” 應用于實際熱力系統(tǒng)時更加方便，其意義也更清晰。把汽輪機的功率方程 (也是能量平衡式 )與加熱器能量平衡方程聯(lián)立，得出了定功率矩陣方程，在已知功率時應用該方程可一次性求出汽輪機進汽量和各加熱器抽汽量，避 免 10 了逐步疊代的運算，實現(xiàn)了直接定功率分析，使得矩陣法成為一種更為簡潔、精確、便于實現(xiàn)計算機化的熱力系統(tǒng)分析法。近年來，矩陣法的應用得到了進一步的推廣 [9]。 11 第三章 MATLAB 語言 Matlab是 “ Matrix Laboratory” 的縮寫，意為 “ 矩陣實驗室 ” ，是當今美國很流行的科學計算軟件 。 信息 技術、計算機技術發(fā)展到今天，科學計算在各個領域得到了廣泛的應用 。 在許多諸如控制論、時間序列分析、系統(tǒng)仿真、圖像信號處理等方面產(chǎn)生了大量的矩陣及其相應的計算問題．自己去編寫大量的繁復的計算程 序，不僅會消耗大量的 時間和精力，減緩工作進程，而且往往質量不高 。 美國 Mathwork軟件公司推出的 Matlab軟件就是為了給人們提供一個方便的數(shù)值計算平臺而設計的 。 Matlab是一個交互式的系統(tǒng)，它的基本運算單元是不需指定維數(shù)的矩陣，按照IEEE的數(shù)值計算標準（能正確處理無窮數(shù) Inf(Infinity)、無定義數(shù) NaN(notanumber)及其運算）進行計算 。 系統(tǒng)提供了大量的矩陣及其它運算函數(shù)，可以方便地進行一些很復雜的計算，而且運算效率極高 。 Matlab命令和數(shù)學中的符號、公式非常接近，可讀性 強，容易掌握，還可利用它 所提供的編程語言進行編程完成特定的工作 。 除基本部分外， Matlab還根據(jù)各專門領域中的特殊需要提供了許多可選的工具箱，如應用于自動控制領域的 Control System工具箱和神經(jīng)網(wǎng)絡中 Neural Network工具箱等 [10]。 MATLAB 的發(fā)展 MATLAB名字由 MATrix和 LABoratory 兩詞的前三個字母組合而成。那是 20世紀七十年代后期的事：時任美國新墨西哥大學計算機科學系主任的 Cleve Moler教授出于減輕學生編程負擔的動機，為學生設計了一組調(diào)用 LINPACK和 EISPACK庫程序的“ 通俗易用 ” 的接口，此即用 FORTRAN編寫的萌芽狀態(tài)的 MATLAB。 經(jīng)幾年的校際流傳，在 Little的推動下，由 Little、 Moler、 Steve Bangert合作，于1984年成立了 MathWorks公司，并把 MATLAB正式推向市場。從這時起， MATLAB的內(nèi)核采用 C語言編寫，而且除原有的數(shù)值計算能力外，還新增了數(shù)據(jù)圖視功能。 MATLAB以商品形式出現(xiàn)后，僅短短幾年，就以其良好的開放性和運行的可靠性，使原先控制領域里的封閉式軟件包（如英國的 UMIST，瑞典的 LUND和 SIMNON，德國的 KEDDC）紛紛淘汰，而改以 MATLAB為平臺加以重建。在時間進入 20世紀九十年代的時候， MATLAB已經(jīng)成為國際控制界公認的標準計算軟件。 到九十年代初期，在國際上 30幾個數(shù)學類科技應用軟件中， MATLAB在數(shù)值計算方面獨占鰲頭，而 Mathematica和 Maple則分居符號計算軟件的前兩名。 Mathcad因 12 其提供計算、圖形、文字處理的統(tǒng)一環(huán)境而深受中學生歡迎。 MathWorks公司于 1993年推出 ，從此告別 DOS版。 和發(fā)展其原有的數(shù)值計算和圖形可視能力的同時 ，出現(xiàn)了以下幾個重要變化：（ 1）推出了 SIMULINK。這是一個交互式操作的動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境。它的出現(xiàn)使人們有可能考慮許多以前不得不做簡化假設的非線性因素、隨機因素，從而大大提高了人們對非線性、隨機動態(tài)系統(tǒng)的認知能力。（ 2）開發(fā)了與外部進行直接數(shù)據(jù)交換的組件，打通了 MATLAB進行實時數(shù)據(jù)分析、處理和硬件開發(fā)的道路。（ 3）推出了符號計算工具包。 1993年 MathWorks公司從加拿大滑鐵盧大學購得 Maple的使用權，以 Maple為 “ 引擎 ” 開發(fā)了 Symbolic Math Toolbox 。 MathWorks公司此舉加快結束了國際上數(shù)值計算、符號計算孰優(yōu)孰劣的長期爭論，促成了兩種計算的互補發(fā)展新時代。（ 4）構作了 Notebook 。 MathWorks公司瞄準應用范圍最廣的 Word ，運用 DDE和 OLE，實現(xiàn)了 MATLAB與 Word的無縫連接，從而為專業(yè)科技工作者創(chuàng)造了融科學計算、圖形可視、文字處理于一體的高水準環(huán)境。 1997年仲春， ，緊接著是 、 ，以及和 1999年春的 。與 ，現(xiàn)今的 MATLAB擁有更豐富的數(shù)據(jù)類型和結構、更友善的面向對象 、更加快速精良的圖形可視、更廣博的數(shù)學和數(shù)據(jù)分析資源、更多的應用開發(fā)工具。（關于 。） 誠然，到 1999年底， Mathematica也已經(jīng)升到 ，它特別加強了以前欠缺的大規(guī)模數(shù)據(jù)處理能力。 Mathcad 也趕在 2021年到來之前推出了 Mathcad 2021 ，它購買了 Maple內(nèi)核和庫的部分使用權，打通了與 MATLAB的接口，從而把其數(shù)學計算能力提高到專業(yè)層次。但是，就影響而言，至今仍然沒有一個別的計算軟件可與 MATLAB匹敵。 在歐美大學里，諸如應用代數(shù)、 數(shù)理統(tǒng)計、自動控制、數(shù)字信號處理、模擬與數(shù)字通信、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書都把 MATLAB作為內(nèi)容。這幾乎成了九十年代教科書與舊版書籍的區(qū)別性標志。在那里， MATLAB是攻讀學位的大學生、碩士生、博士生必須掌握的基本工具。 在國際學術界， MATLAB已經(jīng)被確認為準確、可靠的科學計算標準軟件。在許多國際一流學術刊物上，（尤其是信息科學刊物），都可以看到 MATLAB的應用。 13 在設計研究單位和工業(yè)部門， MATLAB被認作進行高效研究、開發(fā)的首選軟件工具。如美國 National Instruments公司信號測量、分析軟件 LabVIEW， Cadence公司信號和通信分析設計軟件 SPW等，或者直接建筑在 MATLAB之上，或者以 MATLAB為主要支撐。又如 HP公司的 VXI硬件， TM公司的 DSP， Gage公司的各種硬卡、儀器等都接受 MATLAB的支持 [11]。 MATLAB 語言的特點 MATLAB語言有不同于其他高級語言的特點，它被稱為第四代計算機語言。正如第三代計算機語言如 FORTRAN語言與 C語言等使人們擺脫了對計算機硬件的操作一樣， MATLAB語言使人們從繁瑣的程序代碼中解放出來。它的豐富的 函數(shù)使開發(fā)者無需重復編程，只要簡單地調(diào)用和使用即可。 MATLAB語言最大的特點是簡單和直接。 MATLAB語言的主要特點有： 1．編程效率高 MATLAB是一種面向科學與工程計算的高級語言，允許用數(shù)學形式的語言編寫程序，且比 BASIC、 FORTRAN和 C等語言更加接近我們書寫計算公式的思維方式，用 MATLAB編寫程序猶如在演算紙上排列公式與求解問題。因此，也可通俗地稱MATLAB語言為演算紙式科學算法語言。由于它編寫簡單，所以編程效率高，易學易懂。 2．用戶使用方便 MATLAB語言是一種解釋執(zhí)行的語言 (在沒 被專門的工具編譯之前 )，它靈活、方便，其調(diào)試程序手段豐富，調(diào)試速度快，需要學習時間少。人們用任何一種語言編寫程序和調(diào)試程序一般都要經(jīng)過四個步驟：編輯、編譯、連接，以及執(zhí)行和調(diào)試。各個步驟之間是順宇關系，編程的過程就是在它們之間做瀑布型的循環(huán)。 MATLAB語言與其他語言相比，餃好地解決了上述問題，把編輯、編譯、連接和執(zhí)行融為一體。它能在同一畫面上進行靈活操作，快速排除輸入程序中的書寫錯誤、語法錯誤甚至語意錯誤，從而加快了用戶編寫、修改和調(diào)試程序的速度，可以說在編程和調(diào)試過程中它是一種比 VB還要簡單的語言。 具 體地說， MATLAB運行時，如直接在命令行輸入 MATLAB語句 (命令 )，包括調(diào)用 Ⅵ 文件的語句，每輸入一條語句，就立即對其進行處理，