交叉现象的热力学机理及冷热电三联产热力学分析

摘要

传递公理是分析和解释传递过程的理论基础,在物质传递与能量传递过程中起着重要的作用。通过分析交叉现象,得到传递公理同样适用于,并且运用传递公理分析交叉现象,能更清楚的了解交叉现象的热力学机理。 任何形式的能量都可以表示成一对共轭的基本强度量与广延量的函数,任何形式的传递过程都是在共轭基本强度量差推动下基本广延量的流动过程,同时也是相应形式的能和火用的传递过程。其它形式的强度量只能通过其共轭广延量对另一种形式广延量的传递施加影响。用热力学方法论证了在交叉现象中,首先由于一种强度量差的作用产生另一种强度量差,其次才有了对应广延量的流动。在磁热效应中,磁场的变化首先通过磁矩的变化产生温度的变化,只有温度的变化才能引起熵和热量的流动。在温差电效应中,温度差首先通过熵的变化产生电势差,有了电势差才有了电荷的流动。进一步得出研究交叉现象的有效方法是寻找强度量之间的关系；给出研究交叉现象的主要方法。 能源与环境问题是目前世界性的两大课题,发展新型能源系统十分必要。冷热电三联产是在热电联产基础上发展起来的一项有效的节能技术,是分布式能源系统的重要基础,它将发电、制冷、供热三者融为一体,显著地提高了能源的利用效率。天然气先经过燃气轮发电机发电,然后利用气轮机排出的高温烟气推动吸收式制冷机制冷,最后利用换热器回收中温烟气中的余热加热生活热水,这种过程体现了能量的阶梯利用,实现能源的节约与环保。本文构建了天然气为燃料冷热电三联产系统典型的模型图和能流图,导出了系统各环节能量和(火用)的计算公式、三联产系统的总能量和(火用)利用率以及各部位的(火用)损失；基于能源产品的市场价格,给出了三联产系统的经济收益。以现有技术设备和典型操作工况为基础,分析讨论了环境温度以及燃气轮发电机和制冷机出口烟气温度对供冷、供热、能量利用率、(火用)利用率以及经济收益的影响。结果表明,环境和烟气的温度对系统的性能和收益都有一定的影响。本文的结论为天然气冷热电三联产系统的设计、优化和运行提供了可能的理论指导。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

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第一章绪论

1.1引言

1.2热力学的特点

1.3传递过程

1.3.1传递的基本术语

1.3.2动量传递、热量传递和质量传递

1.3.3能量公理

1.3.4普遍能位函数表达式

1.3.5能量的普遍化表达式

1.3.6传递公理

1.4交叉现象在材料学中的重要意义

1.5交叉现象与传递公理的关系

1.6能源面临的问题

1.7冷热电三联产系统概述

1.7.1国外冷热电三联产技术应用

1.7.2国内冷热电三联产技术应用

1.8本文研究的主要内容

第二章交叉现象的热力学机理

2.1引言

2.2交叉现象的表述

2.3常见交叉现象

2.3.1温差电效应

2.3.2磁热效应

2.3.3压电效应

2.4交叉现象的热力学机理

2.4.1温差电效应的热力学机理

2.4.2磁热效应的热力学机理

2.5本章小结

第三章分析交叉现象的方法

3.1引言

3.2研究交叉现象的方法

3.2.1非平衡态热力学方法

3.2.2热力学函数的方法

3.3温差致分子压强差

3.4压电效应

3.5本章小结

第四章冷热电三联产系统的工作原理与模型分析

4 1引言

4.2分布式能源系统定义

4.3冷热电三联产系统的特点

4.4冷热电三联产系统的工作原理

4.5现行冷热电三联产几种常见方案

4.5.1蒸汽轮机+蒸汽溴化锂制冷机

4.5.2燃气轮机+蒸汽溴化锂吸收式制冷机

4.5.3燃气轮机+余热溴化锂吸收式制冷机

4.5.4内燃机+余热溴化锂吸收式制冷机

4.5.5燃气-蒸汽轮机组+蒸汽吸收式制冷机组

4.6冷热电三联产系统的几种评价指标

4.6.1能量利用率

4.6.2(火用)效率

4.7模型建立

4.7.1能量分析

4.7.2(火用)分析

4.7.3经济性分析

4.8分析与讨论

4.8.1能量利用效率和(火用)利用效率

4.8.2环境温度对CCHP性能的影响

4.8.3燃气轮发电机出口烟气温度对CCHP性能的影响

4.8.4制冷机的出口烟气温度对CCHP性能的影响

4.8.5烟气温度对(火用)损失的影响

4.8.6烟气温度对经济收益的影响

4.9本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢