探討熱力學參數及其在熱能動力工程中的應用

探討熱力學參數及其在熱能動力工程中的應用

　　隨著我國能源供應的日益緊張，我國能源利用效率問題倍受關注，下面是小編搜集整理的一篇探究熱力學參數的論文范文，供大家閱讀參考。

　　【摘要】對于熱能與動力工程來說，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域的熱點問題、難點問題。現階段，通常采用熱效率來衡量熱力系統或者熱工設備的熱力性能，但是這個評價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方法的利用程度。在本文中，筆者即探討熱力學參數及其在熱能與動力工程中的應用。

　　【關鍵詞】熱力學參數;熱能;動力工程

　　眾所周知，我國的能源利用效率，相比西方發達國家，還有一定的差距。而在反映能源利用品質的研究方面，與西方國家的差距也比較大。如果反映能源利用的品質問題，成為當前業內研究的熱點問題。在本文中，筆者結合自身的理論知識和工作實際，探討了熱力學參數在熱能與動力工程中的實際應用。

　　一、熱力學參數的概念

　　熱力學的相關理論認為，熱力系統中的各種工質，只要狀態和環境這兩方面的差別很小，哪怕很小的差別，那么對環境也是做功的，可以產生一定的做功能力。不過從一個已知的熱力系統的狀態，從可逆條件過渡到環境平衡狀態，在這個過渡過程中，熱力系統對環境做功率會達到最大。熱力系統在此狀態下，用一個專門的術語概括便叫熵。。

　　這個概念的提出，醉倒可最追溯到十九世紀4年代卡諾的著作，也就是其著名的卡諾原理。根據卡諾的卡諾原理，熱能可劃分為兩個部分，一是無用部分，一是可用部分，把熱能的可用部分引入到工程熱力學當中。但是由于當時技術條件的限制，技術水平有限，這一概念并沒有引起人們的重視，指導是上世紀三四十年代，才把這一概念應用到熱能與動力工程的研究當中。

　　而在上世紀50年代中，這一概念的名稱還是存在爭議的，主要包括“做功本領”“做功能力”“可用性”等等，為了統一名稱，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。

　　在熱能與動力工程當中，一般情況下，穩定流動的情況經常出現，在熱力設備的穩定流動狀態作用下，工質便會進入熱力系統中，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、進口處的工質的位能差別與動能差別，則能夠改變能量方程式。而如果能量流動過程可逆，則系統就不會出現熵增的狀況，在這種情況下，我們便可以得到熵的方程式。

　　二、熱力學參數熵的類型

　　熱力學參數的工質所具有的能量中，較為理想的情況時在技術上可以完全使用，可產生最高額，也就是在“能級”或者“最大可利用度”的情況下。在這種情況下，熱力學參數可應用于自然界中所有的能量形式。所以，熱力學參數可以分為熱量熵、機械功熵、電能熵和化學等不同的類型。

　　(一)機械功熵

　　在熱能與動力工程中，機械功熵，一般情況下，是指工質與外界之間的相互作用。筆者將通過例子來說明，比如能量的品質，機械功與工質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，從數值方面來看，和機械功是相等的。

　　在熱能與動力工程中，一般情況下，以效率高低評價能量轉換裝置的優劣：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，熱效率是一個關鍵指標之一，同時，其也是衡量熱能與動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力工程在循環過程中的能源利用程度。實踐表明，衡量熱功轉化，只用熱效率這一個指標評價是不科學的、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，僅用熱效率也就無法準判斷裝置轉化效率的合理性。

　　不過，從節能環保的角度看，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，是熱能與動力工程的關鍵所在。正是因為這個原因，以熱力學第二定律的基本前提的效率定義的確定過程，同時也是選擇和比較各種形態能量指標的一個過程。

　　事實上，實際所消耗的能量炯，與實際得到能量煙和所消耗的能量的煙，并不能簡單判定，而需要由各類熱工裝置的功能來確定。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力循環過程方法，角度地不同的。熱效率法是從能量數量上來分析，按照熱力學的相關定律，從輸入、損失和有效轉換能量的角度分析，建立相應的循環、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系，本質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、量，即熵效率分析中，考慮能的數量，同時考慮能的質、量，分析指標做功能力損失數值;該方法實質是以熱力學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，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力工程裝置循環、各部件或各環節中能量利用率、損失部分數量等，比同等條件下循環、熱力設備分析效果好。尤其是分析結果，不管是循環熱效率，還是熱能與動力工程裝置總效率，分析的結果均可靠，相關經濟指標能說明能量能源的利用情況。因此，在過去，這是唯一循環分析法。截止到目前，該分析方法在熱能與動力工程仍然在使用，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理論來分析，尤其從節能環保的角度來考慮，計算該部分損失，可以說是具有重要意義的。同時，這也是熱效率分析法特點之一。

　　從質量方面看，熱效率分析法的結果，可準確找到效率比較低的環節、設備和部件等，包括準確找出效率低下的原因。同時，這是熱效率分析法的主要優點。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比較廣泛。

　　三、熵在熱能與動力工程中的實際應用

　　目前，熵在熱能與動力工程中主要應用在以下方面：

　　第一，熱能與動力工程循環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，熱能與動力系統的最優分析評定。

　　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，但無論哪種供暖方式，主要利用的是鍋爐產生蒸汽或熱水。從現階段的鍋爐生產實際狀況看，鍋爐效率平均沒有超過60%，不會超過這個數值。另外，如果考慮熱網中的損失、散熱設備熱能利用率等因素，則我國整個供熱采暖系統的熱效率數值可能遠遠低于60%。

　　結語：

　　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也就有了重要的意義。在本文中，筆者結合自身的工作實際和所掌握的理論知識，從熱力學參數的概念出發，分析了熱力學參數在熱能動力工程中的應用。

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