【正文】 exergy 與環(huán)境科學、生態(tài)學的結合 ? exergy 的概念及其名稱演變 時 間 作 者 演變過程 1868 能量中可以轉變?yōu)楣Φ牟糠址Q為“可用性” 1871 “可用能”（ available energy） 1873 “可用能”（ available energy） 1889 “可利用能”（ energy utilisable） 1898 穩(wěn)流介質的最大技術功 1907 給出系統(tǒng)的可用能表達式 1930 提出了熱力學效率 時 間 作 者 演變過程 1932 可用性和有效性的定義 1938 雅克維奇 稱“可用能”為做功能力 1956 將可轉換為其它能量形態(tài)的能量為“ exergy ”，不能轉換的稱為“ anergy ” 1961 約束性平衡與非約束性平衡 1972 Hamel,Brown 能級概念、能質系數(shù) 1979 龜山、吉田 龜山－吉田環(huán)境介質模型 1980～ Tribus,Evans,Valero、楊東華等 … 值的計算 ? 功 exergy ：能量即 exergy ? 熱量 exergy ： ? 物質流的物理 exergy ?????? ??TTQExQ01)()( 000 SSTHHE x ????? 物質流的化學 exe。 ② 熱量 exergy 與冷量 exergy ③ 內能 exergy ④ 焓 exergy ? ① 化學反應 ② 擴散 exergy 的特點 ? ? ? ? ? 在可逆過程中， exergy具有守恒性 ? 在不可逆過程中， ?全面描述，是最合理的能量參數(shù)。 環(huán)境介質的物理約束： 1atm， 環(huán)境介質的化學約束： ? 以蛻化程度最高的物質，或高度蛻化且廣泛存 ? 隨著物質的吉布斯自由能的完善，環(huán)境介質的組成會發(fā)生局部調整。 問題 1：“給定的環(huán)境”？ ? 低溫熱源的溫度對卡諾效率的影響？ ? 如何保證熱量品質的可比性？ ? 常溫下的煤和泥土，能量有區(qū)別嗎？ ? 常溫下干電池能產生電能，為什么？ 結論：在界定 exergy 的時候，需要規(guī)定一個統(tǒng)一的物 理的和化學的環(huán)境條件，稱之為“環(huán)境介質”。 結論 3：“可無限轉換的能量” ——“質”與“量”統(tǒng)一，可 以作為評價能量的一種尺度。 例：地球上的海水約 ,若降溫 ,釋 放能量 ,相當于 1962年全世界的耗電總量！ 結論 1：可無限轉換的能量，理論上可以全部轉換為其 它形式的能量，“質”與“量”是統(tǒng)一的。 ? 可有限轉換的能量：如熱量，可以部分轉換為功，“質”與“量”不統(tǒng)一。 對 1KJ的熱量，如果 T2＝ 298K， 而 T1分別為 773K和 373K，問： 對應的 W＝？ w1=(KJ)。 0???? WUQ)( 1122 VpVpWU ??????)( 112212 VpVpUU ????111222 VpUVpU ???12 HH ?12 SS ? 壓縮機中的熱力過程 容積式壓縮機工作原理 等溫過程 氣體 氣體 p v 1 2 3 4 v p 1 2 3 4 理想壓縮循環(huán)功的計算 p v 1 2 3 4 p1 v1 v2 p2 123 41221121SpdVVpVpwVV????? ? 實際壓縮循環(huán)功的計算 1 2 3 4 1Sw ?v p 1 2 3 4 5 exergy 分析基礎 exergy 的概念 能量的做功能力 如何確定能量的品質？ ——能量的做功能力！ 能量的做功能力：能量轉化為功的限度。 濕空氣的分析模型：理想混合氣體（壓力高時偏差大） 熱力過程分析方法： Ⅰ 律分析和 Ⅱ 律分析方法。 飽和空氣：水蒸氣出現(xiàn)凝結現(xiàn)象時的濕空氣。 ),( Tvpff＝ 濕空氣的熱力過程 濕空氣：干空氣與水蒸氣的混合物。 ? 精度高的狀態(tài)方程很復雜； ? 熱力學函數(shù) 且復雜。 過程演變的規(guī)律！ 定容過程 過程方程： 狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律： 能量轉換： constv ???? 2112 dTcuu v??? 2112 dTchh p ??? 2112 TdTcss v021?? ? pdvw 12 uuq ??vdvcTdTcpdpRTdTcTpdvduTqdSpvv ??????? ?等體過程 v p 2 1 3 1－ 2：吸熱過程， 1－ 3：放熱過程 s T 2 1 3 定壓過程 過程方程： 狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律： 能量轉換： 膨脹功： 技術功： 熱量： con stp ???? 2112 dTcuu v??? 2112 dTchh p ??? 2112 TdTcssv)()( 121221TTRvvppd vw ????? ?12 hhwuq ?????021?? ? v d pw t等壓過程 1 v p 2 1 3 1－ 2：吸熱過程， 1－ 3：放熱過程 s T 2 1 3 CTcs p ?? ln 定溫過程 過程方程： 狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律： 能量轉換： 膨脹功： 技術功： 熱量： constT ?12 uu ?12 hh ?121212 lnln ppRvvRss ????122121lnln vvRTppRTpdvw ??? ?wwuq ????2121ln ppRTv d pw t ??? ?等溫過程 v p 2 1 3 1－ 2：吸熱過程， 1－ 3：放熱過程 s T 2 1 3 絕熱可逆過程 過程方程： 或 狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律： 能量轉換： 膨脹功： 技術功： 熱量： 0?q??? 2112 dTcuu v??? 2112 dTchh p 012 ?? ss??????????????????????????????????????????11211211211111kkppkRTvvkRTpdvw0?qkww t ?Cpv k ?v p 2 1 3 1－ 2：膨脹過程， 1－ 3：壓縮過程 s T 2 1 3 多變可逆過程 過程方程： 狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律： 能量轉換： 膨脹功： 技術功： 熱量： Cpv m ???? 2112 dTcuu v??? 2112 dTchh p ??? 2112 Tqss ???????????????????????????????????????????11211211211111mmppmRTvvmRTpdvwwuq ???mww t ?小結： 過程方程 規(guī)律不同 過程？結果？ 你知道哪些過程的過程方程？ 多變？等溫？ … 過程演變的規(guī)律！ 多變過程是最普遍的熱力過程。 熱力狀態(tài) A 熱力狀態(tài) B 熱力過程 1 熱力過程 2 演變的觀點！ 研究的主要問題： ? 建立 過程方程 ，以便確定任一時刻的狀態(tài)參數(shù)； ? 確定過程中的 能量方程 ，定量描述能量傳遞與轉換的情況。如： ， ℃ 的水開始沸騰 ， 100℃ 的水開始沸騰 ? 飽和水 ? 飽和蒸汽 ? 蒸汽的干度：飽和水與飽和蒸汽共存時，飽和蒸汽的質量百分比。 )8 5 5 0 1(0 0 0 tdth st ???100ln)(273ln)(33 pdTds ?? ?????? 水蒸氣的熱力性質 水蒸氣的特點： ? 較好的熱力學性質 ——相態(tài)、熱容 ? 易得 ? 無毒、無污染 ? 可以回收利用 ? 不能按理想氣體處理 ——水蒸氣離液態(tài)不遠！ ? 迄今無法通過純理論方法得到水蒸汽的熱力學規(guī)律！主要通過實驗并歸納出 復雜的 經驗公式，經計算機編程計算后繪制成各種水蒸氣熱力性質表或圖。切記??！ 濕空氣 ? 濕空氣是干空氣與水蒸氣的混合物，對于壓力不高，濕度不大的濕空氣，可以按理想氣體混合物處理。 特點： ? 具有理論研究意義和方法論意義； ? 誤差偏大。39。 思考：此方法的藝術性？ ),( rrcrrrcrrrccc TpZTvpZTvpRTvpRTpvZ ?????cZ),(~ rr TpZ 實際氣體狀態(tài)方程 維里方程 更進一步的皮查爾普遍化關聯(lián)式： .. .1 339。在此基礎 上，可以方便地求取任何實際氣體在任何狀態(tài)下的 壓縮因子。如 對比壓力： 對比溫度： 對比比體積： ? 對比態(tài)方程： ,cr ppp ?,cr vvv ?,cr TTT ?0),( ?rrr vTpf? 對比態(tài)定律 ——對遵循同一個對比態(tài)方程的任何物 質，如果它們的對比參數(shù)中有兩個對 應相等，則另一個對比參數(shù)一定相 等，這些物質也處于相同的對應狀 態(tài)，具有熱力學狀態(tài)的相似。 ） ? 氣體也能液化：降低溫度并提高壓力！ ? 氣體的臨界點：在某溫度和某壓力情況下，氣體轉變?yōu)橐后w且 無兩相共存的情況出現(xiàn) ，此溫度和壓力分別稱為臨界溫度和臨界壓力，由此決定的狀態(tài)即為臨界狀態(tài)。 RTpv ?Z R Tpv ? 對比態(tài)定律與普遍化壓縮因子 臨界狀態(tài) ? 臨界點 ——相之間的平衡點，如水的臨界點（ ,100C176。 解：④ KmM PaN 288, 32： KmM PaCO 333, 32：0/7 lnlnlnln1212121222222222222222???????????????????????????KKJppRTTcmppRTTcmSSSCOCOCOCOpC OCONNNNpNNCON啟示？ 實際氣體與理想氣體的偏離 理想氣體： 實際氣體： 其中： Z為壓縮因子，代表了實際氣體與理想氣體之 間的偏離程度。39。./(0 3 KKgKJRKKgKJc p ??可行！ 可行！ 理論上可行！技術上？ 理想氣體的混合物 理想氣體混合物：各組分都是理想氣體的混合氣體。 。 。 。 ? 物質的內能、焓、熱容的理論計算復雜且耗時，故可能的話一般不通過此途徑求取，而是利用他人整理、計算得到的圖表和公式計算。 ? ?????2121。K） 氣體 文獻 [1]方差 文獻 [2]方差 文獻 [3]方差