《能源監測與評價》——能源概論(一)
5.做功性
利用能量來做功,是利用能量的基本手段和主要目的。這里所說的功是廣義功,但通常主要是針對機械功而言的。各種能量轉換為機械功的本領是不一樣的,轉換程度也不相同。通常按轉換程度,可以把能分為無限制轉換(全部轉換)能、有限制轉換(部分轉換)能和不轉換(廢)能,又分別稱為高質能、低質能和廢能,顯然這一分類也是以轉換為功的程度來衡量的。能的做功性,通常也以能級∈來表示,即
6.貶值性
根據熱力學第二定律,能量不僅有量的多少,還有質的高低之分。能量在傳遞與轉換等過程中,由于多種不可逆因素的存在,總伴隨著能量的損失,表現為能量質量和品質的降低,即做功能力的下降,直至達到與環境狀態平衡而失去做功本領,成為廢能,這就是能量質量貶值。例如,最常見的溫差傳熱與有摩擦做功,就是兩個類型的不可逆過程,在這兩個不可逆過程中,能量都會貶值。能量的貶值性,即能的質量損失(或稱內部損失、不可逆損失),其貶值程度可用參與能量交換的所有物體熵的變化(熵增)來反映,即能的貶值E0可表示為
三、能量轉換
能量轉換是能量最重要的屬性,也是能量利用中的最重要環節。人們通常所說的能量轉換是指能量形態上的轉換,如燃料的化學能通過燃燒轉換成熱能,熱能通過熱機再轉換成機械能等。然而廣義地說,能量轉換還應當包括以下兩項內容:
(1)能量在空間上的轉移,即能量的傳輸。
(2)能量在時間上的轉移,即能量的儲存。
任何能量轉換過程都必須遵守自然界的普遍規律——能量守恒定律,即
輸入能量-輸出能量=儲存能量的變化
在國民經濟和日常生活中用得最多、最普遍的能量形式是熱能、機械能和電能。它們都可以由其他形態的能量轉換而來,它們之間也可以互相轉換。顯然,任何能量轉換過程都需要一定的轉換條件,并在一定的設備或系統中實現。表1-2給出了能量轉換過程及實現轉換所需的設備或系統。不同能源與熱能的轉換及利用情況如圖1-1所示。
四、能量傳遞
能量利用是通過能量傳遞來實現的,故能量利用過程通常也是能量傳遞的過程。
1.能量傳遞的條件
能量傳遞是有條件的,其傳遞的推動力是所謂“勢差”。例如,傳熱要有溫差、導電要有電位差、流動要有壓差或勢差、擴散要有濃度差、化學反應要有化學勢差等。
2.能量傳遞的規律
能量傳遞遵循一定的規律,即能量傳遞的速率正比于傳遞的動力而反比于傳遞的阻力,由此有
3.能量傳遞的形式
能量傳遞包括轉移與轉換兩種形式。轉移是某種形態的能,從一地到另一地,從一物到另一物;轉換則是由一種形態變為另一形態。這兩種形式往往是一起或交替存在共同完成能量傳遞。
4.能量傳遞的途徑
能量傳遞的途徑基本有兩條:由物質交換和質量遷移而攜帶的能量稱為攜帶能,在體系邊界面上的能量交換稱為交換能。對開口系這兩種途徑同時存在,對封閉系則主要靠交換。
5.能量傳遞的方法
在體系邊界面上的能量交換,通常主要以兩種方法進行:傳熱,由溫差引起的能量交換,這是能量傳遞的微觀形式;做功,由非溫差引起的能量交換,這是能量傳遞的宏觀形式。
6.能量傳遞的方式
通過能量交換而實現的能量傳遞,即傳熱和做功。傳熱的三種基本方式是熱傳導、熱對流和熱輻射;做功(這里指機械功)的三種基本方式是容積功、轉動軸功和流動功(推動功)。
7.能量傳遞的結果
能量傳遞的結果主要體現在兩方面,即能量使用過程中所起的作用以及能量傳遞的最終去向。例如,以生產為例,能量在使用過程中的作用主要是用于物料并最終成為產品的一部分;或用于某一過程,包括工藝過程、運輸過程和動力過程,并成為過程的推動力,使過程能夠進行、生產得以實現。能量傳遞的最終去向通常轉移到產品,或散失于環境,包括直接損失和用于過程后再進入環境這兩種情況。
8.能量傳遞的實質
能量傳遞的實質實際上就是能量利用的實質。如果把產品的使用也包括在內,能量的最終去向只能是唯一的,即最終進入環境,也就是,能量的利用是通過能量的傳遞,使能量由能源最終進入環境。其結果是能量被利用了,能源被消耗了。作為能量而言,它是守恒的,不會消失;故就能量利用的本質而言,人類利用的不是能量的數量而是能量的質量(品質、品位),即能的質量急劇降低,直至進入環境,最終成為廢能。
責任編輯:繼電保護
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