当前课程知识点：工程热力学（上） > 第4章 热力学第二定律 > 4-8 㶲及其计算 > Video 4-8（1）㶲即作功能力
讲到㶲及其计算
实际上 它是对能量的品质而言的
如何来评价能量的品质
这个是由郎特提出来的
他制造了一个新的单词
他是基于能量 Energy
把第二个字母n改成了x
变成了Exergy
这个单词 东南大学的夏教授
把它翻译成㶲
就是火里面有用的那部分
这是从汉语造字的意思来
造的一个字
也就是左侧是火 右侧是用
放在一起叫做㶲
我们现在有的系统里
还敲不出来这个字
实际上㶲 它还有另外一些表述
比如说英语的Available Energy
或者说Availability
相应的翻译成中文的表述
有的叫有效能 有的叫可用能
还有的叫可用度
与㶲或者说有效能 相对应的就是火无
或者说无效能
因为㶲相对于内能 焓 熵来说
还是相对来说比较新的
它是1956年提出来的
所以目前还没有一个
完全统一的一个叫法
比如说英文里叫做Exergy
相对来说要多一些
中文里面叫㶲和可用能都有
但是㶲可能相对来说要多一点
但是叫有效能的也有不少
具体在讲㶲的概念之前 我们来看一下
哪个参数能够正确地评价能量的品质
首先我们先来看 热量
屏幕上有个示意图
热源的温度一个是1000K
一个是500K
它热量的大小都是一样的
都是100kJ
对于处于这两个温度下的相同的热量
我们来看 在这两个不同温度下的热源
跟环境之间 用一个卡诺热机
来进行做功
利用前面学过的知识 我们知道
对于每一个热量 它做出的功
我们可以算出来
功的大小跟Q有关
还跟这两个热源的温度相关
显然 热源温度比较高的那个卡诺热机
它做的功要大一些
从这我们可以看出来
尽管能量的数量相同 都是100KJ
但是它相对于环境做出来的功
却是不一样的
或者说 这俩热量的品质是不一样的
由于它所处的温度不一样
它所呈现的品质是不一样的
我们再来看焓
这是一个示意图 绝热节流
一个管道 中间有流体 然后有一个阀门
我们前面学过 经过绝热节流
前后的焓是不变的 也就是说 h2=h1
我们来用绝热节流前后的这两个工质
带动汽轮机进行做功
同样的 焓值是一样的 我们用来做功
我们知道 压力大的做的轴功要大一些
你可以用公式来进行计算
p1是大于p2的 尽管焓是相等的
但是做出来的轴功是不一样的
也就是说 尽管焓值相同
但是由于它所处的压力不一样
做出来的功是不一样的
我们再来看内能
这是一个示意图
理想气体绝热自由膨胀
左侧是膨胀之前的状态
是在一个容器中的
一半的一部分是有气体的
右侧是膨胀之后 充满了整个容器
理想气体绝热自由膨胀
我们前面学过 焦耳的实验
内能是不变的 也就是说u1=u2
具有同样内能的理想气体
我们用它来进行做功 膨胀做功
我们利用我们前面容积变化功的公式
我们可以算一下
这两个功也是不一样的
前者要大于后者
也就是说 尽管内能的数量是一样的
但是它的品质却是不一样的
讲了前面这些 我们来看一下
三种不同品质的能量
第一种 它是可以无限转换的能量
也就是说
理论上可以无限转换为功的能量
我们把它叫做高级能量
比如说机械能 电能
水能 风能
就是这种高品质的能量
它可以无限地转换成机械能
转换成功
第二种 不可能转换的能量
也就是说 理论上
不可能转换为功的能量 比如说环境
比如说大气 比如说海洋中的水
但是海洋中的潮汐不在此类
环境 主要指的是环境
它是不可能转换为功的能量
这是由热力学第二定律决定的
单一热源的热机是不能做功的
第三种能量 就介于它俩之间
可以有限转换的能量
也就是说理论上
只能部分转换为功的能量
我们把它叫做低级能量
可以无限转换的叫做高级能量
比如说热能 内能 焓
都属于这一类
它只可以部分的转换成功的能量
可以无限转换为功的能量就是㶲
而完全不可能转换为功的能量
就是火无 或者说无效能
可以有限转换成有用功的能量是什么
它应该是㶲加上火无
我们再来看㶲和火无 它的定义
首先看㶲的定义
它是这样说的 在给定环境条件下
能量中最大可能转换成
有用功的那部分能量 称为㶲
一定是在给定环境
所以讲到㶲的时候
环境是明确的
它是相对环境而言的
它跟我们前面讲的做功能力
是完全一样的
做功能力是在给定环境条件下
这个系统可能做出来的最大有用功
跟㶲的含义是完全一样的
能量中除了㶲以外的那一部分
就是火无或者说无效能
所以我们说 㶲就是做功能力
也就是 在给定环境下
能量中能够做出来最大有用功
或者是消耗的最小有用功
那一部分就是㶲
比如说热量
刚才举的那个例子 100kJ
分别处于1000K和500K
它做出来的有用功是不一样的
温度高的那一部分
它做出来的功是要大的
它的㶲是大的
讲了㶲的概念
我们前面又讲了热力学第一定律
讲了热力学第二定律
我们就从热力学第一定律
和热力学第二定律来看㶲
热力学第一定律是什么
能量从一种形式转换成另外一种形式
能量的总量是不变的
也就是说 在一切过程中
系统的㶲加上火无是恒定的
或者说 有效能加上无效能是恒定的
它是不变的
而从热力学第二定律来看
热力学第二定律是关于品质的定律
也就是说火无是不能转换成有效能的
也就是说无效能不能转换成有效能
或者说火无不能转换成㶲
在可逆过程中 㶲是保持不变的
在不可逆过程中
㶲里面的一部分要退化为火无
或者说部分的㶲会退化成火无
这个部分的㶲退化成火无
我们叫做㶲损失
或者我们前面讲的做功能力损失
或者说能量耗散 指的都是这个
所以就有了孤立系的㶲减原理
它是这样说的 任何一个孤立系
它的㶲只能不变或者是减小 不能增加
它跟我们孤立系的熵增原理
正好是对应的
孤立系的㶲 我们刚才说的
只能减小或者不变
而熵只能增加或者不变
熵增加必然是㶲减少
它俩正好是反的
-0-0 导引
-0-1 热能及其利用
-0-1 作业
-0-2 热能转换装置工作过程简介
-0-2 作业
-0-3 工程热力学的研究内容及方法
-0-3 作业
-0-4 工程热力学与中国能源战略及环保
-0-4 作业
-绪论 章节小测验
-1-1 热力系统
-1-1 作业
-1-2 状态和状态参数
-1-2 作业
-1-3 基本状态参数
-1-3 作业
-1-4 平衡状态
-1-4 作业
-1-5 状态方程、坐标图
-1-5 作业
-1-6 准静态过程与可逆过程
-1-6 作业
-1-7 功量
-1-7 作业
-1-8 热量与熵
-1-8 作业
-1-9 热力循环
-1-9 作业
-第1章小结及讨论习题课
-第1章 章节小测验
-2-1 热力学第一定律的本质
-2-1 作业
-2-2 热力学第一定律的推论——内能
-2-2 作业
-2-3 闭口系统能量方程
-2-3 作业
-2-4 开口系统能量方程与焓
-2-4 作业
-2-5 稳定流动能量方程与技术功
-2-5 作业
-2-6 稳定流动能量方程的应用
-2-6 作业
-第2章小结
-第2章讨论习题课
-第2章 章节小测验
-3-0 导引
-3-1 理想气体状态方程
-3-1 作业
-3-2 比热容
-3-2 作业
-3-3 理想气体的内能、焓、熵和比热容
-3-3 作业
-3-4 理想气体比热容、内能、焓和熵的计算
-3-4 作业
-3-5 研究热力过程的目的和方法
-3-5 作业
-3-6 理想气体的等熵过程
-3-6 作业
-3-7 理想气体热力过程综合分析
--Video 3-7（2）基本过程在p-v图和T-s图上的表示
-3-7 作业
-3-8 气体的压缩
-3-8 作业
-3-9 活塞式压气机压缩过程分析
-3-9 作业
-第3章小结及讨论习题课
-第3章 章节小测验
-4-0 导引
-4-1 热二律的表述与实质
-4-1 作业
-4-2 卡诺定理与卡诺循环
-4-2 作业
-4-3 克劳修斯不等式及熵的引出
-4-3 作业
-4-4 不可逆过程熵的变化
-4-4 作业
-4-5 孤立系统熵增原理
-4-5 作业
-4-6 熵方程及对熵的小结
-4-6 作业
-4-7 熵与不可逆及熵的物理意义
-4-7 作业
-第4章讨论习题课
-4-8 㶲及其计算
-4-8 作业
-第4章 章节小测验
-5-0 导引
-5-0 作业
-5-1 活塞式内燃机动力循环
-5-1 作业
-5-2 活塞式内燃机几种循环的比较
-5-2 作业
-5-3 斯特林循环
-5-3 作业
-5-4 勃雷登循环
-5-4 作业
-5-5 提高勃雷登循环热效率的其它途径
-5-5 作业
-5-6 动力循环的一般规律
-第5章 章节小测验
-期末考试
