递的热量所能作出的最大有用功
5
热量Q的火用值
ExQ
(1
T0 T
) Q
ExQ Q T0
Q
T
Q
T0 gS
热量Q的火无值 AnQ Q ExQ T0 gS
当系统温度恒定不 变时
ExQ
Q(1
T0 T
)
例题5－1
AnQ
T0 T
Q
6
四、冷量火用——工程上把低于环境温度下的系统与外界交换
的热量称为冷量。冷流与热流方向相反。
对mKg工质 Ex (U U0 ) T0 (S S0 )＋p0 (V V0 )
闭系工质由状态1过渡到状态2所能完成的最大有用功为：
w12max ex1 ex2 (u1 u2 ) T0 (s1 s2 )＋p0 (v1 v120)
2、开系工质物理火用——焓火用
对1Kg工质 ex wt max (h h0 ) T0 (s s0 )
才能使获得的功全部是由给定状态下物质的能量转化而来 的。
（3）火用与火无的概念 火用是系统由任一状态经可逆过程变化到与给定环境状态相
平衡时所做的最大理论功。（Exergy,Availability）
火无——凡一切不能转换为火用的能量。(Anergy)
2
火用和火无的表示方法： Ex , ex An , an
对mKg工质 Ex (H H0 ) T0 (S S0 )
工质由状态1变化到状态2所能完成的最大技术功为：
wt max ex1 ex2 (h1 h2 ) T0 (s1 s2 )
例题5－2、5－3、5－4
11
5.3 火用 损失
一、温差传热引起的火用损失
ExQA
Q(1
T0 TA
)
ExQB
E Ex An
e ex an
能量守恒原理的又一表述
对可逆过程，熵产等于0，没有功损失，能量不贬值，火用
的总量保持守恒； 对不可逆过程，熵产大于0，必然出现功损失，发生能量贬值，
火用的总量不断减小，火无的总量不断增加，即不可逆过程 必然伴随火用损失。 孤立系统火用减火无增原理：能量转换过程中，孤立系统的 火用值不会增加，火无值不会减少。
3
一、火用
的分类
5.2 火用 值的计算
热量火用－温差
冷量火用－温差
化学火用－化学势差
物质或物流火用动物能理火火用用－－速温度差差与压力差
火用
位能火用－位置差 扩散火用－浓度差
功源火用电水 风力力 力火火 火用用 用－－ －电水 风位位 压差差 差
地力火用－压力差
波浪火用－压力差
4
二、功源火用——理论上与功源总能量相等 三、热量火用：温度高于环境温度的系统与外界传
ds f
q
T
T0 T
q
T0ds
T0dsg
q dh wt
(1
T0 T
)
q
d (h
T0s)
wt
T0dsg
16
对于在进出口截面间的稳定系统有
exq (ex1 ex2 ) wt el
若有多股流体进出
(ExQ )i [ (Ex1)i (Ex2)i ] Wt El
上两式称为火用方程。它表明，系统提供的热量火用与 工质焓火用之和等于系统完成的技术功和火用损失之和。
ExQ'
Wmax
(1 T T0
) Q0
Q0 Wmax Q '
ExQ '
(T T0
1) Q '
ExQ'
(T0 T
1) Q '
T0S
Q'
冷量火用
系统温度恒 定不变时
AnQ'
T0 T
Q
'
T0
gS
冷量火无
ExQ '
(T0 T
1)Q '
AnQ '
T0 T
Q'
7
冷量火用和热量火用的区别： 系统放出热量Q的同时，也放出热量火用，且 ExQ Q
对于过程A-B-O,应用热力学第一定律
q u0 u w q qAB qBO 0 T0 (s0 s) w (u u0 ) T0 (s s0 ) 又推挤环境做功p0 (v0 v)不可用 系统完成的最大有用功，即火用为 ex (u u0 ) T0 (s s0 )＋p0 (v v0 )
13
2、摩擦引起的火用损失
Sg
Wl T0
S7 S6
El T0 (S7 S6 ) T0 gSg
综合式（5－22）～（5－24）有
El Eli (T0 gSgi ) T0 gSg
i
14
三、能级与能量贬值原理
1、能级的概念：能量火用值与能量数量的比值。
ExQ 1 T0
Q
T
机械能和电能的能级等于1。
系统吸收Q’的同时，放出冷量火用，且T<T0/2时 ExQ' Q '
冷量火用的方向总是与热流Q‘的方向相反，而热量火用的方向
与热量Q的方向总一致。
8
五、物质或物流火用
1、闭系工质物理火用——概念，内能火用
设系统状态为A(p,T,v,s,h,u),环境状态为O(p0,T0,v0,s0,h0,u0)， 使系统先经历一个可逆的绝热过程A-B (pB,TB,vB,sB,hB,uB,，TB＝ T0)，然后再经历一个可逆的定温过程B-O.系统与外界相平衡9
2、能量贬值原理：在不可逆过程中，能量的数量虽然不变，
但火用减少了，能级降低了，做功能量下降了，即能量的品质
下降了，这就是能量贬值原理。
15
5.4 火用 方程
1、在热力过程中，热量系统的能量保持守恒，系统的火用值也 应保持平衡，其平衡方程式称为火用方程。
2、火用方程的微元形式：
ds ds f dsg
第五章、火用 分析基础
1
5.1火用和火无的基本概念
1、几个基本概念：
（1）高级能、低级能、无效能； （2）不同形式、不同状态下的能量做功能力是不同的。为
了确定能量的做功能力必须附加三个约束条件：
A、以给定的环境为标准，在该环境状态下火用值为零；
B、做功过程是完全可逆过程，这样才能获得理论功； C、过程中，除环境外，无其他热源或功源参与作用，这样
Q(1 T0 TB
)
El
ExQA
ExQB
QT0
(1 TB
1) TA
12
温差传热过程的熵产
火用损失
Sg1
1 Q(
TB
1) TA
El1 T0 gSg1
热机温度高于环境温度时： 温差传热过程的熵产
火用损失
Sg 2
1
Q0
( T0
1 )
T0 '
El2 T0 gSg2
由温差引起的火用损失与熵产成正比
综合了热力学第一定律和热力学第二定律，既体现了能 量在数量上的关系，也表示了在质量上的关系。
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5.5 火用效率与热效率
火用效率就是火用的收益量与火用的支出量之比，常用 ex 表示。