热能正在热动力平均中的利用祥解

  • A+
所属分类:植物能源
热能在热动力平衡中的应用祥解_化学_自然科学_专业资料。热能在热动力平衡中的应用祥解 热能法在热动力平衡中应用 在热力系统的计算中,需要经常地、大量地计算、换算各种流体
热能正在热动力平均中的利用祥解

热能正在热动力平均中的利用祥解

  

热能正在热动力平均中的利用祥解

  

热能正在热动力平均中的利用祥解

  热能在热动力平衡中的应用祥解_化学_自然科学_专业资料。热能在热动力平衡中的应用祥解

  热能法在热动力平衡中应用 在热力系统的计算中,需要经常地、大量地计算、换算各种流体 的状态、能量、热量、做功等,还需要涉及温度、温差、压力、流量、 焓、熵等热力学概念,其计算的复杂程度不亚于任何一场方程式赛车 比赛,而且会经常把人绕进死胡同而犯错,初接触这类计算的人会常 常被绕的五迷三昏的不知所措。 1. 问题的提出 首先观察一下某热电联产企业的热动力平衡图,见图 1 所示。 76.5 0 锅炉 75 1.5 75 锅炉 0 0 3.8MPa450℃ 75t/h 汽轮机 0 0 0 55 20 ~ 发电机 55 0.1 1.0MPa320℃ 45t/h 换热站 20 55 1.6 来自脱盐水站 4.2MPa105℃ 图 1 热动力平衡图 1 从图 1 可以看出该企业的整个热力循环过程, 工质是如何分配及 流转的,并可清晰直观地了解到蒸汽、水等工质的数量、压力、温度 等数据,不可谓不详尽。 然而,在这个图中,我们目前还无法快速直观地看出热能、热量 的数量及相互分配关系,包括工质在各个状态的能量及转换关系,这 对从能量角度分析系统利用状况造成些许不便, 虽然我们可以通过计 算得出这些结果,但这仍不能不说是一种缺憾。 2. 典型计算方法 声明:这里所谓的典型计算方法,是热力学理论中的若干常用物 理量而非全部的理论计算方法, 有关的计算条件和适用范围请参考理 论书籍。本文不是热力学教科书,相关热力学概念、定义请查阅热力 学理论,个别内容可能与热力学教科书冲突。 2.1 热量 热量是物质通过热交换转移(或传递)的热能的量度,可用下式 表示: Q = mc△t (1) 式中:Q 物质吸收或放出的热量,单位为千焦(kJ) ; m 物质的质量,单位为千克(kg) ; c 物质的比热容,单位为千焦每千克每开(kJ/kg·K) ; △t 物质温度差,单位为开(K) (也可用℃) 。 热量只发生在两个物体间,可以直接接触,也可以间接接触并且 有温差的条件下,其结果是一个物体因吸热而温度升高,另一个物体 2 因放热而温度降低,一个物体放热必然等于另一个物体吸热。对于多 个物体同样适用。 工程中,常用 kJ、MJ、GJ 表示热量的单位,其关系是: 1GJ = 1MkJ = 1000MJ = 1000000kJ。 2.2 热能 热能是物质分子热运动具有的分子动能和分子势能的总和, 用下 式表示: E = E 动能 + E 势能 式中:E 热能,单位焦耳(J) ; E 动能 分子运动的动能,单位为焦耳(J) ; E 势能 分子势能,单位为焦耳(J) 。 (2) 由于动能和势能都是温度的函数,热力学引入焓的概念,用以表 述物质在不同温度下具有的热能,因此热能又可表述为: E = mH 式中:m 物质质量,单位为千克(kg) ; H 物质在特定温度下的焓,单位为千焦每千克(kJ/kg) 。 焓是单位质量物质所包含的热能的量度,它与流体的温度、压力 有密切关系,因势能是相对的,焓也是个相对物理量,热力学中通常 都是以 0K(-273.15℃)的焓为参考点,实际应用中也可以任意温度 为参考点,但最好是以所有可能的温度中的最低温度为参考点,以使 热能永远为正值。 焓可以通过焓温表查得。一般而言,温度高的物质焓也高,压力 3 (3) 高的物质焓也高,焓与温度、压力等物理量并非是线性关系,尤其是 涉及相变时会突然变化。 2.3 热量与热能的区别 从前述表述可以看出,热量是物质发生热交换而传递的能量,换 句话说,没有热交换就不会有热量产生;而热能是物质本事所具有的 能量,它与是否发生热交换无关,是物质本事具有的属性。热量是个 绝对概念,而热能是个相对概念,显然,热量与热能应该是两个不同 属性的概念,但许多资料都将热量与热能混为一谈,甚至一些教科书 也将二者相混淆,这应该是不正确、不严谨的。 热量的传递或转移,都将引起温度的变化,如果二个物体在等温 条件下相互接触,必定不会发生热交换,按(1)式的定义,热量必 然为 0, 这一点恐怕没人质疑。 但这两个物体各自都有其热能, 按 (2) 或(3)式的定义,它们一般都不会为 0(除非事先规定该温度为热 能的参考点) 。 热量的单位与热能的单位都是焦耳,也与功的单位相同,但它们 都是完全不同的物理概念,请读者正确理解其本质的不同。 2.4 功 功是使物质的能量从一种形式转化为另一种形式的量度, 用下式 表示: W = △E 式中:W 功,单位焦耳(J) ; △E 能量变化量,单位焦耳(J) 。 4 (4) 做功有二个显著特征,其一是某种能量在数值上发生变化;其二 是这种能量必定转变为其它形式的能量。显然,热量转移过程是不会 做功的,因为热能转移后依然还是热能,并没有转变为其它形式的能 量。同样的,热能发生变化,未必会伴随做功,只有当热能转变为其 它形式的能量(如热能通过热机转变为机械能)时,才会产生做功。 做功的本质是将与功对应的某种能量转变为其它形式的能量。 工程上,通常用 kJ、MJ、GJ 作为功的单位,换算请参阅 2.1。 2.5 功率 物体对外做功的能力称为功率,用下式表示: P = W/t 式中:P 功率,单位为瓦特(W) ; (5) W 功,单位为焦耳(J) ; t 时间,单位为秒(s) 。 功率是能量做功能力的表述,功率越大,其在相同时间内所做的 功就多。通常机械或电气设备都会标注额定功率,表明该设备在最佳 匹配条件下的运行功率,而设备在实际运行中,不一定都能满足最佳 匹配条件,其实际运行功率通常都比额定功率低。 工程上,通常用 kW、MW 作为功率的单位,其换算关系为: 1MW = 1000 kW = 1000000W。 2.6 热平衡 在绝热条件下,具有温差的二个物质间会发生热交换,最后会稳 定在某一确定的温度上,这个温度称为热平衡温度。设物质 1 的质量 5 为 m1,初始温度为 t1,物体 2 的质量为 m2,初始温度为 t2,平衡