1、第四章第四章 化工過程的能量分析化工過程的能量分析 第一節第一節 能量平衡方程能量平衡方程 第二節第二節 熱功間的轉換熱功間的轉換 第三節第三節 熵函數熵函數 第四節第四節 理想功、損失功和熱力學效率理想功、損失功和熱力學效率 第五節第五節 有效有效能能第一節第一節 能量平衡方程能量平衡方程 一、一、 能量守恒與轉換能量守恒與轉換 一切物質都具有能量，能量是物質固有的特性。通常，能量可分為兩大類： 一類是系統蓄積的能量，如動能、勢能和熱力學能，它們都是系統狀態的函數。 另一類是過程中系統和環境傳遞的能量，常見有功和熱，它們就不是狀態函數，而與過程有關。 熱量是因為溫度差別引起的能量傳遞，而做功

2、是由勢差引起的能量傳遞。因此，熱和功是兩種本質不同且與過程傳遞方式有關的能量形式。 熱力學第一定律即為能量守恒定律，它闡明了能量熱力學第一定律即為能量守恒定律，它闡明了能量“量量”的屬性。的屬性。 人體的能量平衡熱量平衡 能量的形式不同，但是可以相互轉化或傳遞，在轉化或傳遞的過程中，能量的數量是守桓的，這就是熱力學第一定律，即能量轉化和守恒原理。 體系在過程前后的能量變換E應與體系在該過程中傳遞的熱量Q與功W相等。 體系吸熱為正值，放熱為負值； 體系得功為正值，對環境做功為負值。WQE二、二、 封閉體系的能量平衡方程封閉體系的能量平衡方程 在閉系非流動過程中的熱力學第一定在閉系非流動過程中的熱

3、力學第一定律數學表達式為律數學表達式為 WQU三、三、 穩態流動體系的能量平衡方程穩態流動體系的能量平衡方程 穩態流動穩態流動是指流體流動途徑中所是指流體流動途徑中所有各點的狀況都不隨時間而變化，系統中有各點的狀況都不隨時間而變化，系統中沒有物料和能量的積累。沒有物料和能量的積累。穩態流動系統的能量平衡關系式為：穩態流動系統的能量平衡關系式為：WQEE12圖圖 4-1 穩定流動過程穩定流動過程換熱器換熱器透平機透平機iVjViuQiZsWZjZ基準水平面基準水平面IIIju如圖為一穩定流動過程：如圖為一穩定流動過程： 單位質量的流體帶入、帶出能量的形式為動能單位質量的流體帶入、帶出能量的形式為

4、動能(u2/2)，勢能，勢能(gz)和熱力學能和熱力學能(U)。 流體從截面流體從截面1通過設備流通過設備流到截面到截面2，在截面，在截面1處流體進處流體進入設備所具有的狀況用下標入設備所具有的狀況用下標1表示，此處距基準面的高度表示，此處距基準面的高度為為z1，流動平均速度，流動平均速度u1，比容，比容V1，壓力，壓力P1以及內能以及內能U1等。等。同樣在截面同樣在截面2處流體流出所具處流體流出所具有的狀況用下標有的狀況用下標2表示。表示。1211121gzuUE2222221gzuUE g為重力加速度。為重力加速度。 系統與環境交換功系統與環境交換功W，實際上由兩部分組成。，實際上由兩部分

5、組成。一部一部分是通過泵、壓縮機等機械設備的轉動軸，使系統與環分是通過泵、壓縮機等機械設備的轉動軸，使系統與環境交換的軸功境交換的軸功Ws；另一部分是單位質量物質被推入系另一部分是單位質量物質被推入系統時，接受環境所給與的功，以及離開系統時推動前面統時，接受環境所給與的功，以及離開系統時推動前面物質對環境所作的功。物質對環境所作的功。 假設系統入口處截面面積為假設系統入口處截面面積為Al，流體的比容為，流體的比容為V1，壓力為壓力為P1，則推動力為，則推動力為P1A1，使單位質量流體進入系統，使單位質量流體進入系統，需要移動的距離為需要移動的距離為V1/A1,推動單位質量流體進入系統所推動單位

6、質量流體進入系統所需要的功為需要的功為111111VPAVAP這是單位質量流體進入系統時，接受后面流體這是單位質量流體進入系統時，接受后面流體(環環境境)所給予的功；同樣所給予的功；同樣,單位質量流體離開系統時，單位質量流體離開系統時，必須推動前面的流體必須推動前面的流體(環境環境)，即對環境作，即對環境作 P2V2的功。這種流體內部相互推動所交換的功，稱為的功。這種流體內部相互推動所交換的功，稱為流動功流動功。只有在連續流動過程中才有這種功。只有在連續流動過程中才有這種功。對于流動過程，系統與環境交換的功是軸功與流動功之和對于流動過程，系統與環境交換的功是軸功與流動功之和2211VPVPWW

7、s 穩態流動系統的能量平衡關系可寫為穩態流動系統的能量平衡關系可寫為22111211222222VPVPWQgzuUgzuUssWQzguPVU22 將焓的定義將焓的定義 H=U+PV 代入上式可得穩定流動代入上式可得穩定流動系統的能量平衡方程系統的能量平衡方程 穩定流動系統的熱力學第一定律表達式為：穩定流動系統的熱力學第一定律表達式為： 使用上式時要注意單位必須一致。按照使用上式時要注意單位必須一致。按照SI單位制，每一單位制，每一項的單位為項的單位為 Jkg-1。動能和位能的單位。動能和位能的單位sWQzguH22kgJkgmNskgmkgsm2222流動功包含在焓中流動功包含在焓中軸功軸

8、功 H、 u2/2、g z、Q和和Ws 分別為單位質量流體的焓分別為單位質量流體的焓變、動能變化、位能變化、與環境交換的熱量和軸功。變、動能變化、位能變化、與環境交換的熱量和軸功。可逆條件下的軸功可逆條件下的軸功對于液體，在積分時一般對于液體，在積分時一般可將可將V當作常數。當作常數。對于氣體怎么辦？對于氣體怎么辦？對于理想氣體等溫過程對于理想氣體等溫過程RTVP21lnRPWRTP左式只適用于理想氣體左式只適用于理想氣體等溫過程等溫過程21PRPWVdP實際過程的軸功實際過程的軸功 對于產功過程對于產功過程%100SRSww機 對于需功過程對于需功過程%100SSRww機一些常見的屬于穩流體

9、系的裝置噴嘴噴嘴擴壓管擴壓管節流閥節流閥透平機透平機壓縮機壓縮機混合裝置混合裝置換熱裝置換熱裝置噴嘴與擴壓管噴嘴與擴壓管 噴嘴與擴壓管的結噴嘴與擴壓管的結構特點是構特點是進出口截面積進出口截面積變化很大。變化很大。流體通過時，流體通過時，使壓力沿著流動方向降使壓力沿著流動方向降低，而使流速加快的部低，而使流速加快的部件稱為噴嘴。件稱為噴嘴。反之，反之，使使流體流速減緩，壓力升流體流速減緩，壓力升高的部件稱為擴壓管。高的部件稱為擴壓管。噴嘴擴壓管噴嘴與擴壓管噴嘴與擴壓管 sWQzguH22是否存在軸功是否存在軸功?否否是否和環境交換熱量是否和環境交換熱量?通常可以忽略通常可以忽略位能是否變化位能

10、是否變化?否否 202uH2222112uuHH質量流率質量流率222111VAuVAum流體通過焓值的改變來換取動能的調整流體通過焓值的改變來換取動能的調整透平機和壓縮機透平機和壓縮機 透平機是借助流體的透平機是借助流體的減壓和降溫過程來產出功減壓和降溫過程來產出功 壓縮機可以提高流體壓縮機可以提高流體的壓力，但是要消耗功的壓力，但是要消耗功 透平機和壓縮機透平機和壓縮機 sWQzguH22是否存在軸功是否存在軸功?是是!是否和環境交換熱量是否和環境交換熱量?通常可以忽略通常可以忽略位能是否變化位能是否變化?不變化或者可以忽略不變化或者可以忽略動能是否變化？動能是否變化？通常可以忽略通常可以

11、忽略sWH sWQzguH22節流閥節流閥是否存在軸功是否存在軸功?否否是否和環境交換熱量是否和環境交換熱量?通常可以忽略通常可以忽略位能是否變化位能是否變化?否否動能是否變化動能是否變化?通常可以忽略通常可以忽略0H節流閥節流閥 Throttling Valve理想氣體通過節流閥溫度不變理想氣體通過節流閥溫度不變混合設備混合設備 混合兩種或多種流體混合兩種或多種流體是很常見。是很常見。混合器混合器sWQzguH22混合設備混合設備是否存在軸功是否存在軸功?否否是否和環境交換熱量是否和環境交換熱量?通常可以忽略通常可以忽略位能是否變化位能是否變化?否否動能是否變化動能是否變化?否否0H當不止一

12、個輸入物流或（和）輸出物流時當不止一個輸入物流或（和）輸出物流時 Hi為單位質量第為單位質量第i股輸出物流的焓值，股輸出物流的焓值，xi為第為第i股輸出物股輸出物流占整個輸出物流的質量分數。流占整個輸出物流的質量分數。 Hj為單位質量第為單位質量第j股輸入物流的焓值，股輸入物流的焓值，xj為第為第j股輸入物股輸入物流占整個輸入物流的質量分數。流占整個輸入物流的質量分數。jjiiHxHxH入出mmxmmxjjii為一股物流的質量流量。為一股物流的質量流量。jimmmmmji入出m 為總質量流量。為總質量流量。混合設備 1 3 2 混合器混合器0jjiiHxHxH入出32211HHxHx121 x

13、x換熱設備換熱設備 整個換熱設備與環境交換的熱量可以忽略不計，換熱整個換熱設備與環境交換的熱量可以忽略不計，換熱設備內部兩股物流存在熱量交換。換熱設備的能量平衡方設備內部兩股物流存在熱量交換。換熱設備的能量平衡方程與混合設備的能量平衡方程相同，但物流之間不發生混程與混合設備的能量平衡方程相同，但物流之間不發生混合。合。0jjiiHxHxH入出4231HxHxHxHxBABABABBBAAAmmmxmmmx mA和和mB分別為流體分別為流體A和流體和流體B的質量流量的質量流量管路和流體輸送管路和流體輸送穩態流動模型通常穩態流動模型通常是一個不錯的近似是一個不錯的近似通過泵得到軸功通過泵得到軸功位

14、能變化位能變化泵水管路和流體輸送管路和流體輸送是否存在軸功是否存在軸功?有時存在有時存在是否和環境交換熱量是否和環境交換熱量?通常是通常是位能是否變化位能是否變化?有時變化有時變化動能是否變化動能是否變化?通常不變化通常不變化sWQzguH22Bernoulli 方程方程sWQzguH22PVUHPVU 實際流體的流動過程存在摩擦損耗，意味機械能轉變為實際流體的流動過程存在摩擦損耗，意味機械能轉變為熱力學能，有摩擦損耗熱力學能，有摩擦損耗UF對于無熱、對于無熱、 無軸功交換、無軸功交換、/PU 不可壓縮流體的穩流過程不可壓縮流體的穩流過程022uzgPF對于非粘性流體或簡化的理想情況，可忽略摩

15、擦損耗，則對于非粘性流體或簡化的理想情況，可忽略摩擦損耗，則022uzgP例例 5-1 1.5MPa的濕蒸汽在量熱計中被節流到的濕蒸汽在量熱計中被節流到0.1MPa和和403.15K，求濕蒸汽的干度，求濕蒸汽的干度解解:sWQzguH22節流過程無功的傳遞，節流過程無功的傳遞，忽略散熱、忽略散熱、 動能變化動能變化 和位能變化和位能變化12HHT H kJ/kg1202716.61602796.2130H26271622796627161201601201302.Hkg/kJ.H527362 1.5MPa 飽和液體焓值飽和液體焓值 Hl=844.9 飽和蒸汽焓值飽和蒸汽焓值 Hg=2792.2

16、xHxHHgl115273612.HH970909844227929844527361.HHHHxlgl例例 5-2解解:sWQzguH22 30 的空氣，以的空氣，以5m/s的流速流過一的流速流過一垂直安裝的熱交換器，被加熱到垂直安裝的熱交換器，被加熱到150 ，若換，若換熱器進出口管直徑相等，忽略空氣流過換熱器熱器進出口管直徑相等，忽略空氣流過換熱器的壓降，換熱器高度為的壓降，換熱器高度為3m，空氣，空氣Cp=1.005kJ/kgK,求求50kg空氣從換熱器吸收的空氣從換熱器吸收的熱量熱量kJ.TTCmHmP603030342300515012 將空氣當作理想氣體，并將空氣當作理想氣體，并

17、忽略壓降時忽略壓降時1122VTVTAuTAuT1122s/m.TTuu98630342351212kJ.J.um5930593259865021222 換熱器的動能變化和位能變化可以忽換熱器的動能變化和位能變化可以忽略不計略不計kJ.J.zmg47211472381950kJ.Q6032472159306030第二節第二節 熱功間的轉化熱功間的轉化 克勞修斯說法：克勞修斯說法： 熱力學第二定律說明過程按照特定方向，而不是按照任熱力學第二定律說明過程按照特定方向，而不是按照任意方向進行。意方向進行。 自然界中的物理過程能夠自發地向平衡方向進行。自然界中的物理過程能夠自發地向平衡方向進行。開爾文

18、說法：開爾文說法：熱不可能自動從低溫物體傳給高溫物體。熱不可能自動從低溫物體傳給高溫物體。不可能從單一熱源吸熱使之完全變為有用不可能從單一熱源吸熱使之完全變為有用的功而不引起其他變化。的功而不引起其他變化。 一、熱力學第二定律一、熱力學第二定律 的表述形式：的表述形式：水往低處流氣體由高壓向低壓膨脹熱由高溫物體傳向低溫物體 我們可以使這些過程按照相反方向進行，但是我們可以使這些過程按照相反方向進行，但是需要消耗功。需要消耗功。 第一定律沒有說明過程發生的方向，它告訴第一定律沒有說明過程發生的方向，它告訴我們能量必須守衡。我們能量必須守衡。 第二定律告訴我們過程發生的方向。第二定律告訴我們過程發

19、生的方向。二、熱功間的轉化及其方向性實質二、熱功間的轉化及其方向性實質 熱功間的轉化：熱功間的轉化： 功可以自發全部轉化為熱；而熱只功可以自發全部轉化為熱；而熱只能非自發的部分轉化為功。能非自發的部分轉化為功。其方向性實質：其方向性實質： 有序態轉化為無序態的不可逆性。有序態轉化為無序態的不可逆性。熱機的熱效率熱機的熱效率火力發電廠的熱效率大約為火力發電廠的熱效率大約為40%高溫熱源高溫熱源 TH低溫熱源低溫熱源 TL1211QQWQQ卡諾熱機的效率卡諾熱機的效率1211TTQW熵增原理 等號用于可逆過程，不等號用于不可逆過程。 孤立體系 TQdS0dS 第三節第三節 熵函數熵函數 一、熵與熵

20、增原理一、熵與熵增原理 二、二、 熵平衡熵平衡產生出入體系STQSmSmSjjii0產生S 熵流是由于有熱量流入或流出系統所伴有的熵變化熵流是由于有熱量流入或流出系統所伴有的熵變化 可逆過程可逆過程 TQ 由于傳遞的熱量可正，可負，可零，熵流也亦可正，可負，可零。由于傳遞的熱量可正，可負，可零，熵流也亦可正，可負，可零。 熵產生是體系內部不可逆性引起的熵變化熵產生是體系內部不可逆性引起的熵變化 不可逆過程不可逆過程 0產生S產生體系STQS 穩態流動體系穩態流動體系 0產生出入STQSmSmjjii絕熱節流過程絕熱節流過程 ，只有單股流體，只有單股流體，mimjm, SmSSmSij產生可逆絕

21、熱過程可逆絕熱過程出入jjiiSmSm單股流體單股流體jiSS 封閉體系封閉體系0TQ定義：定義： 系統在一定的環境條件下，沿完全可逆的途徑從系統在一定的環境條件下，沿完全可逆的途徑從一個狀態變到另一個狀態所能產生的最大有用功一個狀態變到另一個狀態所能產生的最大有用功或必須消耗的最小功。或必須消耗的最小功。 理想功理想功是一個理論的極限值，是用來作為實際功的是一個理論的極限值，是用來作為實際功的比較標準。比較標準。 過程完全可逆：過程完全可逆：（1）體系發生的所有變化都是可逆的。體系發生的所有變化都是可逆的。（2）體系與環境間有熱交換時也是可逆的。體系與環境間有熱交換時也是可逆的。 4.3 理

22、想功、損失功和熱力學效率理想功、損失功和熱力學效率idW4.3.1 理想功理想功（環境通常是指大氣溫度（環境通常是指大氣溫度T0和壓力和壓力 P0=0.1013MPa的狀態。）的狀態。）注意：注意： 理想功和可逆功并非同一概念。理想功是指可逆理想功和可逆功并非同一概念。理想功是指可逆有用功，即可利用的功，但并不等于可逆功的全部。有用功，即可利用的功，但并不等于可逆功的全部。 圖圖6-4穩流過程理想功示意圖穩流過程理想功示意圖無數個小型無數個小型卡諾熱機卡諾熱機周圍自然環境周圍自然環境（溫度（溫度 ）0T RSWcW)(21TTQ)(00TQ可逆的可逆的穩流過程穩流過程1111SHPT、狀態狀態

23、112222SHPT、狀態狀態22 穩定流動系統的熱力學第一定律表達式為：穩定流動系統的熱力學第一定律表達式為：sWQzguH22 假定過程是完全可逆的，而且系統所處的環境可認為是假定過程是完全可逆的，而且系統所處的環境可認為是個溫度為個溫度為T0的恒溫熱源。根據熱力學第二定律的恒溫熱源。根據熱力學第二定律,系統與環境之系統與環境之間的可逆傳熱量為間的可逆傳熱量為 Qrev=T0SSTzguHWid022忽略動能和勢能變化忽略動能和勢能變化STHWid01、理想功是狀態參數、理想功是狀態參數 穩流過程的理想功只與狀態變化有關，即與初、穩流過程的理想功只與狀態變化有關，即與初、終態以及環境溫度終

24、態以及環境溫度T0有關，而與變化的途徑無關。只要有關，而與變化的途徑無關。只要初、終態相同，無論是否可逆過程，其理想功是相同的。初、終態相同，無論是否可逆過程，其理想功是相同的。2、理想功與理論功（可逆軸功）不同、理想功與理論功（可逆軸功）不同 理想功是完全可逆過程所作的功，它在與環境換熱理想功是完全可逆過程所作的功，它在與環境換熱Q過程中使用卡諾熱機作可逆功。過程中使用卡諾熱機作可逆功。3、理想功是最大可逆功、理想功是最大可逆功 通過比較理想功與實際功，可以評價實際過程的不通過比較理想功與實際功，可以評價實際過程的不可逆程度。可逆程度。理想功的性質：理想功的性質：例例 5-6 計算穩態流動過

25、程計算穩態流動過程N2中從中從813K、4.052MPa變變到到373K、 1.013MPa時可做的理想功。時可做的理想功。N2的等壓熱容的等壓熱容Cp=27.89+4.271 10-3T kJ/(kmolK), T0=293K 。解解kmol/kJdTT.dTCHp1338610271489273738133Kkmol/kJ.ln.dT.T.dPPRdTTCSp0831205240131314810271489273738133kmol/kJ.STHWid984682312293133860 二、二、 損失功損失功 系統在相同的狀態變化過程中，不可逆過程的實系統在相同的狀態變化過程中，不可逆

26、過程的實際功與完全可逆過程的理想功之差稱為損失功。際功與完全可逆過程的理想功之差稱為損失功。對穩態流動過程對穩態流動過程idsLWWWQzguHWs22STzguHWid022QSTWL0Q是系統與溫度為是系統與溫度為T0的環境所交換的熱量，的環境所交換的熱量，S是系統的熵變。是系統的熵變。由于環境可視為恒溫熱源，由于環境可視為恒溫熱源，Q相對環境而言，是可逆熱量，相對環境而言，是可逆熱量，但是用于環境時為負號，即但是用于環境時為負號，即 - QT0 S0 總STSTSTQSTWL00000 根據熱力學第二定律根據熱力學第二定律(熵增原理熵增原理)， S 0 ，等號表示可逆，等號表示可逆過程；

27、不等號表示不可逆過程。實際過程總是有損失功的，過過程；不等號表示不可逆過程。實際過程總是有損失功的，過程的不可逆程度越大，總熵增越大，損失功也越大。損失的功程的不可逆程度越大，總熵增越大，損失功也越大。損失的功轉化為熱，使系統作功本領下降，因此，不可逆過程都是有代轉化為熱，使系統作功本領下降，因此，不可逆過程都是有代價的。價的。三、三、 熱力學效率熱力學效率sidTidsTWWWW需要功產生功例例 5-7 求求298K，0.1013MPa的水變成的水變成273K，同壓力下冰的過程的理想功。設環境溫，同壓力下冰的過程的理想功。設環境溫度分別為度分別為(1)298K；(2)248K。 解：忽略壓力

28、的影響。查得有關數據解：忽略壓力的影響。查得有關數據狀態溫度/K焓/(kJ/kg)熵熵/(kJ/(kgK)H2O(l)298104.80.3666H2O(s)273-334.9-1.2265(1) 環境溫度為環境溫度為298K，高于冰點時，高于冰點時kmol/kJ.STHWid04353666022651298810493340若使水變成冰，需用冰機，理論上應消耗的最小功若使水變成冰，需用冰機，理論上應消耗的最小功為為35.04kJ/kg。(2) 環境溫度為環境溫度為248K，低于冰點時，低于冰點時kmol/kJ.STHWid61443666022651248810493340 當環境溫度低于

29、冰點時，水變成冰，不僅不需要當環境溫度低于冰點時，水變成冰，不僅不需要消耗外功，而且理論上可以回收的最大功為消耗外功，而且理論上可以回收的最大功為44.61kJ/kg。 理想功不僅與系統的始、終態有關，而且與環境理想功不僅與系統的始、終態有關，而且與環境溫度有關。溫度有關。例例 5-8 用用1.57MPa，484的過熱蒸汽推動透平機作功，的過熱蒸汽推動透平機作功，并在并在0.0687MPa下排出。此透平機既不是可逆的也不是絕下排出。此透平機既不是可逆的也不是絕熱的，實際輸出的軸功相當干可逆絕熱功的熱的，實際輸出的軸功相當干可逆絕熱功的85。另有少。另有少量的熱散入量的熱散入293K的環境，損失

30、熱為的環境，損失熱為7.12kJ/kg。求此過程。求此過程的理想功、損失功和熱力學效率。的理想功、損失功和熱力學效率。解解STHWid0QSTWWWidsL0idsTWW產生功85. 0等熵功非等熵功WWS可逆絕熱過程可逆絕熱過程21SSsWQH等熵功WH 查過熱水表汽表可知，初始狀態查過熱水表汽表可知，初始狀態1.57MPa， 484 時的蒸汽焓、熵值為時的蒸汽焓、熵值為H1=3437.5kJ/kg, S1=7.5035kJ/(kgK) (參見參見例例3-12 ) 若蒸汽按絕熱可逆膨脹，則是等熵過程，當膨若蒸汽按絕熱可逆膨脹，則是等熵過程，當膨脹至脹至0.0687MPa時時,熵為熵為 S 2

31、=S1=7.5035kJ/(kgK) 查查過熱水蒸汽表過熱水蒸汽表0.035MPaH S0.07MPaH S0.0687MPaH S飽和蒸汽飽和蒸汽2631.4 7.71532660.0 7.4797100 2684.4 7.86042680.0 7.53412658.9 7.48852680.2 7.5462H kJ/kgS kJ/(kgK)2658.97.4885H2 7.50352680.27.5462P = 0.0687MPa926582268092658488575462748857503572.H.kg/kJ.H426642kg/kJ.HHWR1773534374266412kg/

32、kJ.W.WRs16578501773850 此透平機實際輸出軸功此透平機實際輸出軸功 依據穩流系統熱力學第一定律依據穩流系統熱力學第一定律得到實際狀態得到實際狀態2的焓為的焓為sWQHkg/kJ.WQHHs32773165712753437120.035MPaH S0.07MPaH S0.0687MPaH S120 2723.1 7.96442719.9 7.63752720.0 7.6496160 2800.6 8.15192798.2 7.82792798.3 7.8399H kJ/kgS kJ/(kgK)2720.07.64962773.3S22798.37.8399649678399

33、764967027203279802720327732.S.779172.S kg/kJ.SSTHHSTHWid074550357779172935343732773120120kg/kJ.WWWidsL98707451657kg/kJ.QSTWL98712750357779172930或%.WWidsT208807451657 第五節第五節 （火用）（也稱為有效能）（火用）（也稱為有效能） 一、一、 的概念的概念 體系總能量中，理論上能夠轉化為功的體系總能量中，理論上能夠轉化為功的那部分能量稱為那部分能量稱為；而理論上不能轉化為功；而理論上不能轉化為功的能量稱為的能量稱為（也稱為無效能）。（

34、也稱為無效能）。 是以平衡的環境狀態為基準態，即做是以平衡的環境狀態為基準態，即做功能力為零的狀態。功能力為零的狀態。二、二、 的計算的計算 系統在一定狀態下的系統在一定狀態下的，就是系統從該狀態變化，就是系統從該狀態變化到基態（環境狀態）過程所作的理想功的負值。到基態（環境狀態）過程所作的理想功的負值。 12012SSTHHWid 穩流過程，從狀態穩流過程，從狀態1變到狀態變到狀態2，過程的理想功為，過程的理想功為： 當系統由任意狀態當系統由任意狀態(P, T)變到基態變到基態(T0, P0)時穩流時穩流系統的系統的EX為為:HSTSSTHHEX0000 (1) 機械能、電能的機械能、電能的

35、 機械能和電能全部是機械能和電能全部是，即，即 EX=W 動能和位能也全部是動能和位能也全部是。 （2）物理）物理 物理物理是指系統的溫度、壓力等狀態不同于是指系統的溫度、壓力等狀態不同于環境而具有的有效能。環境而具有的有效能。化工生產中與熱量傳遞有化工生產中與熱量傳遞有關的加熱、冷卻、冷凝過程，以及與壓力變化有關的加熱、冷卻、冷凝過程，以及與壓力變化有關的壓縮膨脹等過程，只考慮物理關的壓縮膨脹等過程，只考慮物理。變溫過程的熱變溫過程的熱dTCTTdTCdTTCTHSTEPTTTTPTTPXQ0000001 熱熱 QTTWECarnotXQ01 溫度為溫度為T的恒溫熱源的熱量的恒溫熱源的熱量Q, 按卡諾熱機所能按卡諾熱機所能做的最大功計算：做的最大功計算：PPPPPPPPPXPdPTVTTVdPTVTVdPTVTHSTE000000 壓力壓力對于理想氣體對于理想氣體PRTV 每摩爾氣體的壓力每摩爾氣體的壓力000000PPlnRTdPPRTTVdPTVTTVEPPPPPXP （3）化學）化學 處