探讨热力学参数及其在热能动力工程中的应用.doc

1、1探讨热力学参数及其在热能动力工程中的应用【摘要】对于热能与动力工程来说，怎样从能源中获取最大的用功，是现阶段我国热力徐研究领域的热点问题、难点问题。现阶段，通常采用热效率来衡量热力系统或者热工设备的热力性能，但是这个评价指标仅仅能反应能量的在数量上的应用比例，而不能反映其在品质方法的利用程度。在本文中，笔者即探讨热力学参数及其在热能与动力工程中的应用。 【关键词】热力学参数；热能；动力工程 当前，随着我国能源供应的日益紧张，我国能源利用效率问题倍受关注。众所周知，我国的能源利用效率，相比西方发达国家，还有一定的差距。而在反映能源利用品质的研究方面，与西方国家的差距也比较大。如果反映能源利用的

2、品质问题，成为当前业内研究的热点问题。在本文中，笔者结合自身的理论知识和工作实际，探讨了热力学参数在热能与动力工程中的实际应用。 一、热力学参数的概念 热力学的相关理论认为，热力系统中的各种工质，只要状态和环境这两方面的差别很小，哪怕很小的差别，那么对环境也是做功的，可以产生一定的做功能力。不过从一个已知的热力系统的状态，从可逆条件过渡到环境平衡状态，在这个过渡过程中，热力系统对环境做功率会达到最大。热力系统在此状态下，用一个专门的术语概括便叫熵。 。 2这个概念的提出，醉倒可最追溯到十九世纪 4 年代卡诺的著作，也就是其著名的卡诺原理。根据卡诺的卡诺原理，热能可划分为两个部分，一是无用部分，

3、一是可用部分，把热能的可用部分引入到工程热力学当中。但是由于当时技术条件的限制，技术水平有限，这一概念并没有引起人们的重视，指导是上世纪三四十年代，才把这一概念应用到热能与动力工程的研究当中。 而在上世纪 50 年代中，这一概念的名称还是存在争议的，主要包括“做功本领” “做功能力” “可用性”等等，为了统一名称，郎特做了大量的研究工作，最后得以统一，我国把这一概念译作用熵。 在热能与动力工程当中，一般情况下，稳定流动的情况经常出现，在热力设备的稳定流动状态作用下，工质便会进入热力系统中，热力系统中的流入能量与流出的能量是一样的。但是，如果忽略系统出口处、进口处的工质的位能差别与动能差别，则能

4、够改变能量方程式。而如果能量流动过程可逆，则系统就不会出现熵增的状况，在这种情况下，我们便可以得到熵的方程式。 二、热力学参数熵的类型 热力学参数的工质所具有的能量中，较为理想的情况时在技术上可以完全使用，可产生最高额，也就是在“能级”或者“最大可利用度”的情况下。在这种情况下，热力学参数可应用于自然界中所有的能量形式。所以，热力学参数可以分为热量熵、机械功熵、电能熵和化学等不同的类型。 （一）机械功熵 3在热能与动力工程中，机械功熵，一般情况下，是指工质与外界之间的相互作用。笔者将通过例子来说明，比如能量的品质，机械功与工质机械能处于同样的能级，这两者不像热量那样，比较容易受到热力学条件的限

5、制，因此，二者最大可利用度搞到 10.12%，或能级为 1。因此，机械功炯，从数值方面来看，和机械功是相等的。 在热能与动力工程中，一般情况下，以效率高低评价能量转换装置的优劣：装置转换或输出能量与输入能量的比值。 在衡量热功转换的各种指标，热效率是一个关键指标之一，同时，其也是衡量热能与动力工程能源利用效率的常用指标之一，它能够从数量方面，在一定程度上揭示热能动力工程在循环过程中的能源利用程度。实践表明，衡量热功转化，只用热效率这一个指标评价是不科学的、不合理的，比较片面。这主要是因为，系统装置转化效率的高低，不可以完全说明系统装置转换性能与理想的效果之间，与理想装置之间的差距。所以，仅用热

6、效率也就无法准判断装置转化效率的合理性。 不过，从节能环保的角度看，找出热效率与理想装置之间差距，并分析热效率与理想装置之间差距的成因，寻找缩小差距的途径，是热能与动力工程的关键所在。正是因为这个原因，以热力学第二定律的基本前提的效率定义的确定过程，同时也是选择和比较各种形态能量指标的一个过程。 事实上，实际所消耗的能量炯，与实际得到能量烟和所消耗的能量的烟，并不能简单判定，而需要由各类热工装置的功能来确定。由上文中的分析可以得知，任何热力系统或者热工设备其炯效都比 1 要小，在4理想条件下效率值才是 1。 由此可以看出，上文中的两种分析热能动力循环过程方法，角度地不同的。热效率法是从能量数量

7、上来分析，按照热力学的相关定律，从输入、损失和有效转换能量的角度分析，建立相应的循环、装置和设备热效率概念，分析各种系统和装置的效率。这种分析方法仅涉及能量转换中数量关系，本质以能量守恒定律为基础的能量数量平衡。 但熵效率法则考虑到热力学的所有定律，从做功能力变化角度分析。我们知道，做功能力概念包括能的质、量，即熵效率分析中，考虑能的数量，同时考虑能的质、量，分析指标做功能力损失数值；该方法实质是以热力学第二定律为基础的熵平衡。 （二）分析比较 热效率分析法、做功能力损失分析法是不同的。由于这两种分析法分析角度不同，因此结论差别较大。比如锅炉效率大于 90%时，热效率法分析法认为，锅炉效率较好

8、。但用熵分析法认为，锅炉生产效率有待提高。 在冷凝器中，热效率法从能量平衡入手，排热多、损失大，而熵分析方法热为，排热量虽多，但由于温度低，所以做功能力损不大。通过以上分析，笔者归纳出热效率法与烟效率法的应用原则： 热效率法可计算热能与动力工程装置循环、各部件或各环节中能量利用率、损失部分数量等，比同等条件下循环、热力设备分析效果好。尤其是分析结果，不管是循环热效率，还是热能与动力工程装置总效率，分析的结果均可靠，相关经济指标能说明能量能源的利用情况。因此，5在过去，这是唯一循环分析法。截止到目前，该分析方法在热能与动力工程仍然在使用，而且使用的范围还比较广。 由于热效率法无法计算出，比如锅炉

9、中温差传热等，这些具有不可逆性特征产生的做功能力损失，所以，其适用条件也有所限制的。但是从度量热工设备热力学理论来分析，尤其从节能环保的角度来考虑，计算该部分损失，可以说是具有重要意义的。同时，这也是热效率分析法特点之一。 从质量方面看，热效率分析法的结果，可准确找到效率比较低的环节、设备和部件等，包括准确找出效率低下的原因。同时，这是热效率分析法的主要优点。所以，热效率分析法各种热工设备、系统、制冷装置中，热效率法的应用可以说比较广泛。 三、熵在热能与动力工程中的实际应用 目前，熵在热能与动力工程中主要应用在以下方面： 第一，热能与动力工程循环系统热能利用设备的熵损失、热能分配情况的计算；

10、第二，比热能与动力工程电气设备的热力性能的比较； 第三，余热利用资源的统计； 第四，热能与动力系统的最优分析评定。 现阶段，众所周知，我国的供暖方式分为两种，一种是集中式供暖，一种是分散使供暖，但无论哪种供暖方式，主要利用的是锅炉产生蒸汽或热水。从现阶段的锅炉生产实际状况看，锅炉效率平均没有超过 60%，不会超过这个数值。另外，如果考虑热网中的损失、散热设备热能利用6率等因素，则我国整个供热采暖系统的热效率数值可能远远低于 60%。 结语： 当前，我国能源供应的局面比较紧张，所在探讨能源的利用效率和节能技术也就有了重要的意义。在本文中，笔者结合自身的工作实际和所掌握的理论知识，从热力学参数的概念出发，分析了热力学参数在热能动力工程中的应用。