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探討熱力學(xué)參數及其在熱能動(dòng)力工程中的應用
隨著(zhù)我國能源供應的日益緊張，我國能源利用效率問(wèn)題倍受關(guān)注，下面是小編搜集整理的一篇探究熱力學(xué)參數的論文范文，供大家閱讀參考。
【摘要】對于熱能與動(dòng)力工程來(lái)說(shuō)，怎樣從能源中獲取最大的用功，是現階段我國熱力徐研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題、難點(diǎn)問(wèn)題�，F階段，通常采用熱效率來(lái)衡量熱力系統或者熱工設備的熱力性能，但是這個(gè)評價(jià)指標僅僅能反應能量的在數量上的應用比例，而不能反映其在品質(zhì)方法的利用程度。在本文中，筆者即探討熱力學(xué)參數及其在熱能與動(dòng)力工程中的應用。
【關(guān)鍵詞】熱力學(xué)參數;熱能;動(dòng)力工程
眾所周知，我國的能源利用效率，相比西方發(fā)達國家，還有一定的差距。而在反映能源利用品質(zhì)的研究方面，與西方國家的差距也比較大。如果反映能源利用的品質(zhì)問(wèn)題，成為當前業(yè)內研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。在本文中，筆者結合自身的理論知識和工作實(shí)際，探討了熱力學(xué)參數在熱能與動(dòng)力工程中的實(shí)際應用。
一、熱力學(xué)參數的概念
熱力學(xué)的相關(guān)理論認為，熱力系統中的各種工質(zhì)，只要狀態(tài)和環(huán)境這兩方面的差別很小，哪怕很小的差別，那么對環(huán)境也是做功的，可以產(chǎn)生一定的做功能力。不過(guò)從一個(gè)已知的熱力系統的狀態(tài)，從可逆條件過(guò)渡到環(huán)境平衡狀態(tài)，在這個(gè)過(guò)渡過(guò)程中，熱力系統對環(huán)境做功率會(huì )達到最大。熱力系統在此狀態(tài)下，用一個(gè)專(zhuān)門(mén)的術(shù)語(yǔ)概括便叫熵。。
這個(gè)概念的提出，醉倒可最追溯到十九世紀4年代卡諾的著(zhù)作，也就是其著(zhù)名的卡諾原理。根據卡諾的卡諾原理，熱能可劃分為兩個(gè)部分，一是無(wú)用部分，一是可用部分，把熱能的可用部分引入到工程熱力學(xué)當中。但是由于當時(shí)技術(shù)條件的限制，技術(shù)水平有限，這一概念并沒(méi)有引起人們的重視，指導是上世紀三四十年代，才把這一概念應用到熱能與動(dòng)力工程的研究當中。
而在上世紀50年代中，這一概念的名稱(chēng)還是存在爭議的，主要包括“做功本領(lǐng)”“做功能力”“可用性”等等，為了統一名稱(chēng)，郎特做了大量的研究工作，最后得以統一，我國把這一概念譯作用熵。
在熱能與動(dòng)力工程當中，一般情況下，穩定流動(dòng)的情況經(jīng)常出現，在熱力設備的穩定流動(dòng)狀態(tài)作用下，工質(zhì)便會(huì )進(jìn)入熱力系統中，熱力系統中的流入能量與流出的能量是一樣的。但是，如果忽略系統出口處、進(jìn)口處的工質(zhì)的位能差別與動(dòng)能差別，則能夠改變能量方程式。而如果能量流動(dòng)過(guò)程可逆，則系統就不會(huì )出現熵增的狀況，在這種情況下，我們便可以得到熵的方程式。
二、熱力學(xué)參數熵的類(lèi)型
熱力學(xué)參數的工質(zhì)所具有的能量中，較為理想的情況時(shí)在技術(shù)上可以完全使用，可產(chǎn)生最高額，也就是在“能級”或者“最大可利用度”的情況下。在這種情況下，熱力學(xué)參數可應用于自然界中所有的能量形式。所以，熱力學(xué)參數可以分為熱量熵、機械功熵、電能熵和化學(xué)等不同的類(lèi)型。
(一)機械功熵
在熱能與動(dòng)力工程中，機械功熵，一般情況下，是指工質(zhì)與外界之間的相互作用。筆者將通過(guò)例子來(lái)說(shuō)明，比如能量的品質(zhì)，機械功與工質(zhì)機械能處于同樣的能級，這兩者不像熱量那樣，比較容易受到熱力學(xué)條件的限制，因此，二者最大可利用度搞到10.12%，或能級為1。因此，機械功炯，從數值方面來(lái)看，和機械功是相等的。
在熱能與動(dòng)力工程中，一般情況下，以效率高低評價(jià)能量轉換裝置的優(yōu)劣：裝置轉換或輸出能量與輸入能量的比值。
在衡量熱功轉換的各種指標，熱效率是一個(gè)關(guān)鍵指標之一，同時(shí)，其也是衡量熱能與動(dòng)力工程能源利用效率的常用指標之一，它能夠從數量方面，在一定程度上揭示熱能動(dòng)力工程在循環(huán)過(guò)程中的能源利用程度。實(shí)踐表明，衡量熱功轉化，只用熱效率這一個(gè)指標評價(jià)是不科學(xué)的、不合理的，比較片面。這主要是因為，系統裝置轉化效率的高低，不可以完全說(shuō)明系統裝置轉換性能與理想的效果之間，與理想裝置之間的差距。所以，僅用熱效率也就無(wú)法準判斷裝置轉化效率的合理性。
不過(guò)，從節能環(huán)保的角度看，找出熱效率與理想裝置之間差距，并分析熱效率與理想裝置之間差距的成因，尋找縮小差距的途徑，是熱能與動(dòng)力工程的關(guān)鍵所在。正是因為這個(gè)原因，以熱力學(xué)第二定律的基本前提的效率定義的確定過(guò)程，同時(shí)也是選擇和比較各種形態(tài)能量指標的一個(gè)過(guò)程。
事實(shí)上，實(shí)際所消耗的能量炯，與實(shí)際得到能量煙和所消耗的能量的煙，并不能簡(jiǎn)單判定，而需要由各類(lèi)熱工裝置的功能來(lái)確定。由上文中的分析可以得知，任何熱力系統或者熱工設備其炯效都比1要小，在理想條件下效率值才是1。
由此可以看出，上文中的兩種分析熱能動(dòng)力循環(huán)過(guò)程方法，角度地不同的。熱效率法是從能量數量上來(lái)分析，按照熱力學(xué)的相關(guān)定律，從輸入、損失和有效轉換能量的角度分析，建立相應的循環(huán)、裝置和設備熱效率概念，分析各種系統和裝置的效率。這種分析方法僅涉及能量轉換中數量關(guān)系，本質(zhì)以能量守恒定律為基礎的能量數量平衡。
但熵效率法則考慮到熱力學(xué)的所有定律，從做功能力變化角度分析。我們知道，做功能力概念包括能的質(zhì)、量，即熵效率分析中，考慮能的數量，同時(shí)考慮能的質(zhì)、量，分析指標做功能力損失數值;該方法實(shí)質(zhì)是以熱力學(xué)第二定律為基礎的熵平衡。
(二)分析比較
熱效率分析法、做功能力損失分析法是不同的。由于這兩種分析法分析角度不同，因此結論差別較大。比如鍋爐效率大于90%時(shí)，熱效率法分析法認為，鍋爐效率較好。但用熵分析法認為，鍋爐生產(chǎn)效率有待提高。
在冷凝器中，熱效率法從能量平衡入手，排熱多、損失大，而熵分析方法熱為，排熱量雖多，但由于溫度低，所以做功能力損不大。通過(guò)以上分析，筆者歸納出熱效率法與煙效率法的應用原則：
熱效率法可計算熱能與動(dòng)力工程裝置循環(huán)、各部件或各環(huán)節中能量利用率、損失部分數量等，比同等條件下循環(huán)、熱力設備分析效果好。尤其是分析結果，不管是循環(huán)熱效率，還是熱能與動(dòng)力工程裝置總效率，分析的結果均可靠，相關(guān)經(jīng)濟指標能說(shuō)明能量能源的利用情況。因此，在過(guò)去，這是唯一循環(huán)分析法。截止到目前，該分析方法在熱能與動(dòng)力工程仍然在使用，而且使用的范圍還比較廣。
由于熱效率法無(wú)法計算出，比如鍋爐中溫差傳熱等，這些具有不可逆性特征產(chǎn)生的做功能力損失，所以，其適用條件也有所限制的。但是從度量熱工設備熱力學(xué)理論來(lái)分析，尤其從節能環(huán)保的角度來(lái)考慮，計算該部分損失，可以說(shuō)是具有重要意義的。同時(shí)，這也是熱效率分析法特點(diǎn)之一。
從質(zhì)量方面看，熱效率分析法的結果，可準確找到效率比較低的環(huán)節、設備和部件等，包括準確找出效率低下的原因。同時(shí)，這是熱效率分析法的主要優(yōu)點(diǎn)。所以，熱效率分析法各種熱工設備、系統、制冷裝置中，熱效率法的應用可以說(shuō)比較廣泛。
三、熵在熱能與動(dòng)力工程中的實(shí)際應用
目前，熵在熱能與動(dòng)力工程中主要應用在以下方面：
第一，熱能與動(dòng)力工程循環(huán)系統熱能利用設備的熵損失、熱能分配情況的計算;
第二，比熱能與動(dòng)力工程電氣設備的熱力性能的比較;
第三，余熱利用資源的統計;
第四，熱能與動(dòng)力系統的最優(yōu)分析評定。
現階段，眾所周知，我國的供暖方式分為兩種，一種是集中式供暖，一種是分散使供暖，但無(wú)論哪種供暖方式，主要利用的是鍋爐產(chǎn)生蒸汽或熱水。從現階段的鍋爐生產(chǎn)實(shí)際狀況看，鍋爐效率平均沒(méi)有超過(guò)60%，不會(huì )超過(guò)這個(gè)數值。另外，如果考慮熱網(wǎng)中的損失、散熱設備熱能利用率等因素，則我國整個(gè)供熱采暖系統的熱效率數值可能遠遠低于60%。
結語(yǔ)：
當前，我國能源供應的局面比較緊張，所在探討能源的利用效率和節能技術(shù)也就有了重要的意義。在本文中，筆者結合自身的工作實(shí)際和所掌握的理論知識，從熱力學(xué)參數的概念出發(fā)，分析了熱力學(xué)參數在熱能動(dòng)力工程中的應用。
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