广东工业大学：《高等工程热力学》课程教学资源（课件讲稿）㶲分析应用

2-1能量系统的㶲分析模型 (1)基本模型 (2)灰箱模型 (3)关联系统模型 0

0 2-1 能量系统的㶲分析模型 （1）基本模型 （2）灰箱模型 （3）关联系统模型

㶲分析基本模型介绍 ▣子系统㶲分析的目的： ●合理评价用能水平 ●判别薄弱环节 ● 提出改进意见 ●优化 口子系统㶲分析模型：黑箱模型、白箱模型

1  子系统㶲分析的目的: ⚫ 合理评价用能水平 ⚫ 判别薄弱环节 ⚫ 提出改进意见 ⚫ 优化  子系统㶲分析模型：黑箱模型、白箱模型 㶲分析基本模型介绍

黑箱模型 口是借助于输入输出子系统的能流信息来研究子系统内 部用能过程宏观特性的一种方法。只能作粗略分析。 Exin ExLin Exout ▣对子系统总㶲损=输入㶲流之和-输出㶲流之和 2

2 黑箱模型  是借助于输入输出子系统的能流信息来研究子系统内 部用能过程宏观特性的一种方法。只能作粗略分析。  对子系统总㶲损=输入㶲流之和-输出㶲流之和 Ex,in Ex,L,in Ex,out

黑箱模型 黑箱模型相关术语： Ex.inef 供给㶲； 带入㶲； Ex,br Ex.et ·有效㶲； 无效㶲； ·耗散㶲。 sup 口通用㶲平衡方程： 供给㶲+带入㶲=有效㶲+无效㶲+耗散㶲 3

3 黑箱模型  黑箱模型相关术语： • 供给㶲； • 带入㶲； • 有效㶲； • 无效㶲； • 耗散㶲。  通用㶲平衡方程： 供给㶲+带入㶲=有效㶲+无效㶲+耗散㶲 Ex，inef Ex，br Ex，ef Ex，sup Ex，irr

黑箱模型 口当带入㶲很小可以忽略时： 㶲效率=有效㶲供给㶲 㶲损失系数=（无效㶲+耗散㶲）供给㶲

4 黑箱模型  当带入㶲很小可以忽略时： 㶲效率=有效㶲/供给㶲 㶲损失系数=（无效㶲+耗散㶲）/供给㶲

白箱模型 ▣为了克服黑箱模型的缺陷而提出， 把分析对象看作是 由“透明”的边界所包围的系统，从而可以对系统的 各个用能过程逐个进行分析解剖，计算各过程的耗散 㶲。 口不仅可以计算出子系统的㶲效率和热力学完善程度， 还能计算出体系内各过程的㶲损系数，揭示“薄弱环 节”，是一种精细的分析

5 白箱模型  为了克服黑箱模型的缺陷而提出，把分析对象看作是 由“透明”的边界所包围的系统，从而可以对系统的 各个用能过程逐个进行分析解剖，计算各过程的耗散 㶲。  不仅可以计算出子系统的㶲效率和热力学完善程度， 还能计算出体系内各过程的㶲损系数，揭示“薄弱环 节” ，是一种精细的分析

白箱模型 ▣白箱模型㶲流组成： Ex.inef ●供给㶲； ●带入㶲； Ex,br Ex.im Ex.et ·有效㶲； ·外部㶲损； ●内部㶲耗。 Ex. up ▣白箱模型㶲平衡方程： 供给㶲+带入㶲=有效㶲+无效㶲+耗散㶲 6

6 白箱模型  白箱模型㶲流组成： ⚫ 供给㶲； ⚫ 带入㶲； ⚫ 有效㶲； ⚫ 外部㶲损； ⚫ 内部㶲耗。  白箱模型㶲平衡方程： 供给㶲+带入㶲=有效㶲+无效㶲+耗散㶲 Ex，inef Ex，br Ex，ef Ex，sup Ex，irr

白箱模型 子系统㶲效率=1.内部㶲耗之和+外部㶲损之和 供给㶲之和 子系统内某个不可逆㶲损失系数=该过程内部㶲耗 供给㶲之和 子系统外某个不可逆㶲损失系数=该过程外部棚耗 供给㶲之和

7 白箱模型

黑白箱模型 ▣ 热力学分析-黑箱 预热器 蒸发器 ▣经济性分析-黑箱 O=AH+W n-Wne Qin 膨胀机 发电机 QHe=UA☑Tm C-fA,Wmax) 冷凝器 预冷器 口热力学分析-黑箱+白箱 6 ▣经济性分析-黑箱+白箱 0.14 1管径，管长，管数 给定 换热量 每一程动 lu paat Aptot APEtp +App +Apg +Apm am☐ EPC=Cannual/(Wnet Hyear) 2.管程分布 Cannual CRFCost2015+Cop CRF=ii(1+i)/[(1+i)y-1] 3.翅片面积，翅片间距，管间 给定 CBM.j=Cp.jFBM.j 1o810Cp/=K/+K2log104+K30og104)月

 热力学分析-黑箱  经济性分析-黑箱 Q=ΔH+Wt QHE=UAΔTm η=Wnet/Qin C=f(A,Wmax)  热力学分析-黑箱+白箱  经济性分析-黑箱+白箱 1. 管径，管长，管数 2. 管程分布 3. 翅片面积，翅片间距，管间 距 P=? 给定： 换热量， 每一程进 口干度。 热平衡、 质量平衡 给定： 空气入口 温度。 热平衡 0.38 0.5 0.33 r,l r,l r,l 0.14 w 6 Nu Re Pr 0.44       =              Δp p p p p tot f,tp g m = + + + Δ Δ p Δ Δ 黑白箱模型

灰箱模型 口单元子系统㶲分析很有必要，但是却不完善： 。孤立分析，切断联系 ● 虽找到措施，但未必可行 ●子系统效率提高，总系统效率未必提高 9

9 灰箱模型  单元子系统㶲分析很有必要，但是却不完善： ⚫ 孤立分析，切断联系 ⚫ 虽找到措施，但未必可行 ⚫ 子系统效率提高，总系统效率未必提高