氢能 沼气 酒精
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二、能量流
（一）能量流及其支持系统
能量流在能源和载体支持下，实现能量的供给、传递、 转换及使用。能量流载体包括：能量传递装置、能量转换装 置、能量使用装置及能量回收利用装置。
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（二）能量流的分类
1. 热能型能量流
提供含热能的物质，如燃料、蒸汽、热水等的利用热 能。热能型能量流简称热能流。
第3章 能量流系统设计
郑刚
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§3.1 概述
一、能源
人工性 自然能源 （一次能 源） 传统性 来源 再生能源 传统能源 来自太阳 植物燃料 水能 海水热能 海浪能 太阳能 风能 油页岩 新能源 来自地球 天体引力 火山能 地震能 地热能 核能 潮汐能
非再生能 源
天然气 石油 煤
人工能源（二次能源） 火药 蒸气 电能 煤油 汽油 煤气 石油液化气

E2回收利用时
Qx xi W Ex 2 1 Ex1 Ex1
E2不回收利用时 Ex 2 Qx xi W 1
Ex1 Ex1
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能分析法仅研究能量的外部损失，如摩擦损失、 散热等等。而（火用）分析法不仅研究外部（火用） 损失，而且还研究系统内部各种不可逆传递、转换过 程所造成的（火用）损失，因此（火用）分析法更加 全面和深入。
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（二）能级系数
任何能量都由两部分组成，该能量中可以转化为 有用功的那部分能量，称为Exergie（火用）；其余不 可以转化为有用功的那部分能量，称为Avergie（火 无）。 E=Ex+An （火用）值，即有用功在能量中所占的比例，称为 能级系数。用λ来表示，它是能质的评价指标。 1. 高级能：λ=1 2. 低级能：λ=0 3. 中级能：0<λ<1
W E Q 1 2 E1 E1
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（二）（火用）分析法
Ex1 W Ex 2 Qx xi
Ex1----输入系统，或由工质带入系统的（火用）值； Ex2----输出系统，或由工质带出系统的（火用）值； W----系统做出的有用功，即（火用）值； Qx----系统向环境排放能量中所含的（火用）值，它退化为 （火无）； xi ----系统内部各种不可逆的能传递和转换所造成的（火用） 损失总合。
四、节能
节能是指完全地、充分地利用能源，以最少的能 源，取得最大的经济效益和社会效益。
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1、节电 2、工业窑炉节能 3、工业锅炉节能 4、大力开发再生能源，取代非再生能源 5、管理途径节能 提高效率和功率因数，回收利用能源，加强科学 管理。
大
中等
大
很大
石油 制品
太阳能 电池能
自然 不再 生
自然 再生 人工
大
稍难
中等
中等
交通工具中的内燃机，要求 体积紧凑的窑炉
太空航天器，远离城市无电 力供应地区 交通运输工具中能源，备用 电器
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小 小
中等 较易
小 小
无 较小
（二）能量传递和转换装置
能量是指对运动着物质的做功能力的量度。 机电一体化生产系统中广泛使用的能量形态，借助 能量转化装置，不同能量形态之间可以相互转换。 有些能量转化效率接近100%，如电动机，电炉， 变压器等等。而有些则只能转换一部分能量，如内 燃机。 能流传递条件：存在能量不平衡势，能量自发从高 位传递到低位。
2. 物质运动型能量流 提供和利用物质运动能。物质运动可以是机械运动、 电流、液流等，相应的能量称为机械能流、电能流及液压 能流等。 下面以机电能流和热能流为例说明。
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切削机床进给驱动系统
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炼Hale Waihona Puke 高炉系统6炼铁高炉系统的能流图
高炉是使用热能的生产 设备，又是能量流的载体， 焦炭和热空气在高炉内发生 化学反应。 其余能量转换装置有： 热风机、发电站、炉顶透平发电机。
综合法
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§3.2 能量流分析
一、能量
能的数量简称能量，统指度量物质运动时做功能 力的物理量。 单位： 国际单位制：焦耳（J） 工程上：千卡（kcal）热能单位 千瓦小时（kW· h） 电能单位 换算关系式： 1kcal=4186J 1kW· h=3.6×106J
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二、能质
（一）能质概念
能不但有数量之差，还有质量高低之分。能的质 量简称能质。 理论基础：热力学第二定律 1. 热能传递具有方向性。 2. 机械能可以百分之百的转换为热能，但 不能逆向转换。 各种形态的能质可以归纳为三类： 1. 高级能，如机械势能和动能、电能等 2. 中级能，如热能、化学能 3. 低级能，如大气，海洋等环境拥有的能
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机电一体化生产系统常用能源
能源种类 来源 能流 密度 大 转换机械 能的难度 较易 载体 占地 较小 对环境污 染程度 小 应用场合 电能 人工 应用广泛，各种机电一体化 生产系统直接使用电能，或 转换成机械能，光能等使用 用热量大、固定不运动的窑 炉，火力发电系统
燃 料 能
煤及 制品
自然 不再 生
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三、能量流支持系统
机电一体化生产系统的能量流支持系统由能源、能量 传递和转换装置、能量使用装置、余能回收利用装置等 组成。
（一）机电一体化生产系统的能源
1. 电能 方便转化、能流密度大、方便、污染小 2. 煤及石油制品 能流密度大、污染大 3. 太阳能 无污染、能流密度小、能流不稳定 4. 化学能 用于蓄电池便于携带、能流小
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（三）能量使用装置
生产过程的基本功能是制造产品，即使用能量对 原料做功，使其转化成产品。对于自动化的或机电一 体化的生产系统来说，还有一些重要的辅助功能，即 为实现自动化生产过程，提供物料流和信息流。 许多能量使用装置就是生产设备本身，有的能量 使用装置又是能量转换装置。
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切削成形法 束缚成形法 几何成形法 堆积成形法 编织成形法 化合法（ 包括燃烧法） 化学变化法 化分法（ 包括还原法） 原料--产品转换方法 粉碎--混合法 物理变化法 溶化--蒸发--烘干法 气相--液相转换法
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三、能分析法和（火用）分析法
（一）能分析法
E1=W+E2+Q
E1----输入系统，或由工质带入系统的能量； E2----输出系统，或由工质带出系统的能量； W----系统做出的有用功； Q----系统排向环境的能量损失。
E2回收利用时
W E2 Q 1 E1 E1
E2不回收利用时