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探讨热力学参数及其在热能动力工程中的应用
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,下面是小编搜集整理的一篇探究热力学参数的论文范文,供大家阅读参考。
【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
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。。
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,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
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。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,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;
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。
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