第五章、火用 分析基础

Z1
Ws
Q u2
P2,V2,Z2,u2
2 Z2
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§5.1.2稳定流动体系的热力学原理
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 = E2 -W （1）
• 体系与环境交换的功W包括与环境交换的轴功Ws
和流动功Wf，即W = Ws + Wf
较少的过程。 – 找出品位降低最多的薄弱环节，指出改造
的方向。
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§5.1热力学第一定律与能量平衡方程
• §5.1.1 热力学第一定律 • §5.1.2 稳定流动体系的热力学原理 • §5.1.3 稳流体系能量平衡方程及其应用
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§5.1.1热力学第一定律
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8
§5.0 热力学基本概念复习
3、过程
➢指体系自一平衡状态到另一平衡状态的转换． ➢对某一过程的描写：初态+终态+路径.
▪ 不可逆过程：一个单向过程发生之后一定留 下一些痕迹，无论用何种方法也不能将此痕 迹完全消除，在热力学上称为不可逆过程．
➢凡是不需要外加功而自然发生的过程皆是不可 逆过程（自发过程）。
• 应用中的简化
1）流体通过压缩机、膨胀机
∵ u2≈0，g Z≈0 ∴ H=Q + Ws——稳流过程中最常用的公式 若绝热过程Q=0， Ws= H= H2-H1
高压高温蒸汽带动透平产生轴功。
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§5.1.3 稳流体系能量平衡方程及其应用

dH udu gdZ Q WS （5-15）
式（5-13）与式（5-15）是稳定流动体系的能量 平衡方程。
第十一 次课结束2010
5.1.3
19
一些常见的属于稳流体系的装置
混合装置
Ws 喷嘴
透平机
扩压管
节流阀
Ws
压缩机
换热装置
化工生产中，绝大多数过程都属于稳流过程， 在应用能量方程式时尚可根据具体情况作进一步的
就热力学的观点，功和热是转移中的能量，
是不能贮存的，不转移时能量总是贮存在体系和环
境内。所以，体系在过程前后的能量变化△E 应与
体系在该过程中传递的热Q与功W之代数和相等。 如E1、E2分别代表体系始、终态的总能量，则
△E = E2﹣E1 = Q＋W
(5-1)
式（5-1）就是热力学第一定律的数学表达式。 规定体系吸热为正值，放热为负值；体系得功为正 值，对环境做功为负值。
1 u 2 H 2
（5-22）
此式表明，气体在绝热不做轴功的稳定流动过程 中，动能的增加等于其焓值的减小。
例题5-1 5.1.3
5-2
32
可逆过程与不可逆过程
用热力学的方法研究体系发生状态变化时，在怎 样的条件下能作出最大功或者需要最小功，具有重 要意义。这里牵扯到一个热力学上的重要概念，可 逆过程与不可逆过程。
H
1 2
u 2
gZ
Q
Ws
（5-13）
此公式是由能量守恒定律推导出来的。而能量守恒是
自然界的客观规律。因而式(5-13)对可逆过程和实际过
程均适用。
5.1.3
18
使用时注意公式中各项单位必须一致。
如：
1 u 2 2

柴油的使用性能及选用
(3)燃烧性 • 柴油的燃烧性是指柴油的自燃能力。燃烧性良好的 柴油其自燃点低。如果柴油的燃烧性差，会引起柴 油机工作粗暴。 • 一般十六烷值是评定柴油自燃性好坏的指标。它与 发动机的粗暴及起动性均有密切关系。 • 十六烷值高的柴油，其着火延迟期短，在着火延迟 阶段，气缸中形成的混合气少，燃烧所释放的热量 也少，发动机工作平稳；同时冷起动性亦能随之改 善。反之，发动机将工作粗暴，起动性能也变差。
50%馏出温度标志汽油的平均挥发性
• 发动机起动后，其温度逐步上升到正常运转温 度的时间称为暖车时间。一般以汽油的50%馏 出温度标志汽油的平均挥发性。 • 它影响着发动机的暖车时间、加速性以及工作 稳定性。若此温度低，则说明这种汽油的平均 挥发性好，在较低温度下可以有较多的汽油挥 发，容易保证必要的混合气浓度。这样可以缩 短暖车时间；其温度越低，则当发动机由较低 负荷向较大负荷过渡时，能够及时供给所需浓 度的混合气，使发动机的加速性能良好。
柴油的使用性能及选用
(2) 雾化和蒸发性 • 轻柴油的雾化和蒸发性是指轻柴油在柴油机 气缸内经喷油器喷出时分散成液体雾粒及液 体雾粒汽化蒸发的能力。雾化和蒸发性过好 ，会严重增大贮运和使用中的蒸发损失，并 且影响使用安全性，而且发动机的工作容易 粗暴。 • 轻柴油雾化和蒸发性的评价指标有运动黏度 、馏 程、密度和闪点。
第5章
燃烧学基础
学习目标
• 重点掌握汽油及柴油牌号的划分标准及其如 何被选用；过量空气系数与空燃比的概念。 • 理解汽油及柴油的基本性能及其对汽车产生 的影响；柴油机低温多级着火和汽油机高温 单级着火过程的原因。 • 了解HC化合物燃烧的着火特征；及内燃机的 燃烧方式。
5.1发动机的常用燃料

Exergy的数学表述
Exergy是系统与环境共同决定的性质
它是当系统变化到与环境平衡时所做最大功
E E U 0 p0 V V 0 T 0 S S 0

环境


系统

温度T0=const 压力p0=const
初始状态：E, T, p 终态： U0, T0, p0
V2 Eke KE 2
T Eth 1 0 Q T
(kJ/kg)
系统
T
Q
热量火用 Eh Q T0 S
冷量火用 Ec T0 S Q
R
W
Q W
环境
T0
Exergy的形式

流动火用（焓火用） 化学火用
火用值计算
例1：饱和蒸汽的火用值：
120℃的饱和蒸汽，速度30m/s， 高度6m。计算其比火用。 环境温度298K，压力1 atm， 重力加速度9.8m/s。
比火用： 火用差：
Exergy的性质
Exergy是系统与环境共同决定的性质：
E E U 0 p0 V V 0 T 0 S S 0


当环境确定以后，Exergy仅是系统的属性。它给 出了系统与环境偏离的程度 Exergy是非负的，任何与环境的偏离都可做有用 功。如低于环境温度的系统：冷量也是宝贵的
解：
化学火用： 过量空气系数1.4的反应方程式：
例：燃烧产物的焓火用
热力火用： 利用理想气体混合物的性质：
例：燃烧产物的焓火用
化学火用：
热力火用：
燃烧产物的焓火用：
高温时完全燃烧产物的化学火用占总火用的很小部分
化学反应系统的火用效率