全国咨询热线 全国咨询热线:13808824582

Technical Questions

en热效率定义

en热效率定义

热效率

   在热力学中,热效率(热效率)是一个无量纲的物理量,指的就是热机的效率,也就是热机运作过程中,热机可以产生机械能作功之能量与热源可提供的总能量的比。

 

其中 为燃料总能量 为产生机械能作功

根据热力学第一定律,热机的热效率恒小于等于100%。

热泵及制冷设备也有类似的无量纲物理量,称为性能系数(英语:coefficient of performance)(COP),是输入功和提供热能(或抽出热能)的比例,不过能效可能大于100%,和一般对效率的认知不同。

 一般而言,能量转换效率是指一个能源转换设备所输出可利用的能量,相对其输入能量的比值。以热效率而言,输入的能量是热量或所消耗燃料中含有的燃烧热,希望输出的能量是机械功,或是热,或是希望两者都输出。由于输入的能量一般都会有其对应的成本,热效率可以用以下的方式定义 根据热力学第一定律,输出能量不可能超过输入能量,所以

若以百分比表示,热效率介于0%到100%之间。由于摩擦力、热损失等因素,热机效率一般会低于100%。例如汽油引擎的效率大约是25%,燃煤的火力发电厂效率大约是46%,世界上最大的柴油引擎,最高效率约有51.7%。若是燃气涡轮发动机加上蒸汽涡轮发动机的复合循环(英语:combined cycle)发电,热效率可以接近60%。热效率的数值可以视为类似设备的特性值(英语:figure of merit)。

……

 

其他降低效率的因素

   以上的热效率公式的基础是简化的引擎数学模型,不考虑摩擦力,工作介质气态时均遵守理想气体状态方程。实际引擎有许多特性和简化模型不同,因此热效率会较上述的公式低。以下是一些影响实际引擎热效率的因素:

1,移动件的摩擦力

2,不完全燃烧

3,燃烧的热损失

4,气态工作介质热力性质和理想气体之间的差异

5,引擎中移动件的气动阻力(英语:aerodynamic drag)

6,提供给油泵、水泵等辅助设备的能量

7,压缩机及涡轮效率不佳

8,不佳的气门正时(英语:valve timing)

……

 

能量转换设备

   像是锅炉或炉之类的能量转换设备,其热效率定义如下

锅炉的热效率=(实际利用的热/燃料燃烧放热)x100%

 

   因此,若一个锅炉输入等效于300 kW(或1,000,000 BTU/h)的燃料,供热输出为210 kW(或700,000 BTU/h)时。其热效率为210/300 = 0.70,也就是70%。输入的热能中有30%成为环境中的废热。

相较于锅炉,电热器(英语:electric resistance heater)的效率可以接近100%。 不过在比较不同加热设备(例如高效率电炉和热效率80%的锅炉)时,不单只考虑热效率,也需要进行工程经济分析来确认哪一种加热方式的成本最低。

 

燃料热值的影响

   燃料的热值定义为当燃烧定量燃料时所可以释放的热能。每种燃料的热值依其化学元素及结构而不同,它一般用单位物质的量、单位质量或单位体积的燃料燃烧时放出的能量计量,其中又以使用单位质量的最常见。常用的热值单位有kcal/kg, kJ/kg, J/mol, BTU/m³。

   燃料热值可以分为HHV(高热值)、LHV(低热值)或是 GHV(总热值)。

   高热值(HHV)是使燃烧后的生成物回到燃烧前的温度,而且将产生的水蒸气凝结成液态所得的燃烧热,和热力学中定义的燃烧热相同。

   低热值(LHV)或净热值是将是使高热值减去水的汽化热,因此使水汽化的能量不视为燃料产生的热能。

   总热值(GHV)是以高热值为准,但会考虑燃料的含水量,再将高热值乘以总燃料中不含水的干燃料所占的比例。木材和煤在燃烧前都含有一定比例的水,因此常用总热值计算其燃烧热。

   在计算热效率时,使用的燃料热值定义方式会对效率计算有很大的影响。若未标明使用高热值或低热值计算效率,所得的结果常会造成误解。

Copyright © 2014-2019 广州中检仪器有限公司 版权所有     粤ICP备16091646号-1