論技術(shù)功

第12卷第1期沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol. 12 No. I2016年1月.Jourmal of Shenyang Institute of Engineering( Natural Science)Jan. 2016DOI: 10. 1388/j cnki. jsie( ns).2016. 01.004論技術(shù)功劉鈞哲(沈陽(yáng)工程學(xué)院能源與動(dòng)力學(xué)院,遼寧沈陽(yáng)110136)摘要:針對現有文獻對技術(shù)功的概念缺乏深入探討,甚至存在錯誤理解的現狀,通過(guò)對穩態(tài)流動(dòng)能量方程中能量轉化關(guān)系的分析,結合流體膨脹或壓縮過(guò)程的熱力學(xué)和流體力學(xué)特性,揭示了技術(shù)功定義式成立的條件,指明了技術(shù)功概念的經(jīng)驗性,論證了技術(shù)功定義式的唯一性,明確了技術(shù)功定義式的適用范圍和條件,厘清了技術(shù)功的本質(zhì),并對技術(shù)功與其他功的關(guān)系進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞:技術(shù)功;膨脹功;內部功;軸功;熱機中圖分類(lèi)號: TK123文獻標識碼: A文章編號: 1673 - 1603(2016)01 -0018 -05在現有的工程熱力學(xué)文獻中,可逆過(guò)程的技術(shù)q-Su=O(pv) +20c;+gQz+w，(2)功w.. =-「,vdp具有形式簡(jiǎn)單、計算方便、在示功其中,q為熱量,Ou為內能增量,Oh為焓變;圖上形象直觀(guān)等優(yōu)點(diǎn),所以在熱機效率分析方面發(fā)Q(pv)為流動(dòng)功,Ac}為動(dòng)能增量,g4z為位能增揮著(zhù)重要作用。但是這些文獻缺乏對“技術(shù)功”概念成立的理量,w為內部功。論基礎的充分論證,甚至有文獻[ 5]認為技術(shù)功的由于動(dòng)能增量、位能增量屬于機械能范疇,并概念是不合理的,應該舍棄。因此,對“技術(shù)功”的且機械能可以全部轉化為功,所以一0c2、gOz 與w.定義本質(zhì)、適用范圍及條件等問(wèn)題需要進(jìn)行深人之和是技術(shù)上可資利用的功,稱(chēng)之為技術(shù)功,用w.討論。表示:技術(shù)功的由來(lái)w,=-0c2 +gOz +W;(3)目前的文獻中,技術(shù)功的導出是通過(guò)對單位質(zhì)式(3)就是技術(shù)功這- - 概念得以建立的定義量的工質(zhì)流經(jīng)開(kāi)口系統做穩定流動(dòng)時(shí)得到的,即式。由式(2)可以得到技術(shù)功的另-種定義式:q-Ah=-Ac} +gSz +w,w,=w+P1Vy - P2V2(4)中,W為膨脹功,Pv1為進(jìn)口的推動(dòng)功,P2收稿日期: 2015 -04-01作者簡(jiǎn)介:劉鈞哲(1974-).男,遼寧沈陽(yáng)人,講師,碩士。中國煤化工MHCNMH G.第1期劉鈞哲:論技術(shù)功為出口的推動(dòng)功。相當于耗功機械的情況。對于可逆過(guò)程,式(3)、(4)中的技術(shù)功還可以根據這些判斷可以得出如下結論:表示為1)對于動(dòng)力機,即w,>0時(shí),如果一Sc2 + gAzw, =-|. vdp(5)<0,w,>0,必然導致w, < w,這就表明系統對外其中, w.,為可逆過(guò)程的技術(shù)功。界做功時(shí),外界可資利用的功w,比實(shí)際利用的功w,還小,這顯然與技術(shù)功的定義相悖。2對技術(shù)功的分析2)對于耗功機械，即w, <0,如果一0c2 +8Qz2.1定義 式成立的條件<0,必然導致w,0。另外,從鍋爐過(guò)熱器和再熱器流穩定流動(dòng)能量方程中,一0c2、gAz的數值可正、可過(guò)來(lái)的蒸汽速度C不能很大,否則會(huì )導致振動(dòng)噪聲以及過(guò)大的阻力損失;且c,也不能太小,否則會(huì )負、可為零,那么技術(shù)功定義式中一4c2、8Sz似乎導致設備尺寸太大，即c應為“經(jīng)濟流速”。同時(shí)從汽輪機低壓缸排出的蒸汽速度C2不能太低，否也是可正、可負、可為零的,也即是說(shuō)技術(shù)功的定義則很難推動(dòng)轉子對外做功。于是,對于絕大多數情式成立與否,并不需要什么附加條件。既然技術(shù)功的定義是“技術(shù)上可資利用的況,就有C2 >C，從而號sc2≥0,因此必有一4c2 +功”,這就可以得出以下判斷:gAz≥0。實(shí)際工程的數據也證明了這一一點(diǎn),例如某1)w, >0時(shí),有可供外界利用的功,并且w;>蒸汽動(dòng)力廠(chǎng)鍋爐蒸汽量為40 Vh,汽輪機進(jìn)口速度0,這相當于動(dòng)力機的情況。為70 m/s,出口速度為140 m/s,蒸汽進(jìn)出口高差2)w, =0時(shí),無(wú)可利用的功。.為1.6 m。中國煤化工:3)w, <0時(shí),外界對工質(zhì)做功,并且w,<0,這以耗功“壓氣機進(jìn)出MYHCNMH G●20沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)第12卷口的尺寸相差不大,所以4c2≈0。壓氣機主要用致的一0c2≥0,8Az≥0為條件,并且保證這個(gè)條件于氣體的儲存和輸送,所以出口高度往往略高于進(jìn)是成立的。由此也可以看出,技術(shù)功不是一一個(gè)理論口高度,所以gAz≥0。顯然,大多數情況下，壓氣上嚴格成立邏輯自洽的概念,它與焓熱量功、動(dòng)機也是滿(mǎn)足這個(gè)條件的。能、位能等這一-類(lèi)‘ 理論概念”不同,它是-一個(gè)基于對于動(dòng)力機來(lái)說(shuō),工質(zhì)離開(kāi)動(dòng)力機出口時(shí),動(dòng)工程實(shí)際的“經(jīng)驗概念”。力機的一Sc2和gOz實(shí)際上都大于0,說(shuō)明這兩者另外,使用技術(shù)功這一- 概念必須以熱功轉換為基本前提,換句話(huà)說(shuō),正是由于熱功轉換過(guò)程的特還沒(méi)有轉化為內部功。假如條件具備的話(huà)(實(shí)際點(diǎn),決定了技術(shù)功的條件得以滿(mǎn)足;而后幾個(gè)概念上很難做得到) ,這兩者就可以由正值變?yōu)?(不可并不限于熱功轉換過(guò)程,對于非熱功轉換過(guò)程仍能能變?yōu)樨撝?,從而完全轉化為內部功。也就是成立。說(shuō),一0c2和8Qz變?yōu)閣;是-一個(gè)“虛擬式”,即處于2.2 技術(shù)功定義的形式實(shí)際工作狀態(tài)的動(dòng)力機進(jìn)出口的一4c2和gOz可流動(dòng)功s(pv)也是機械能,也可以完全轉化為功,但在現有的文獻中,技術(shù)功的定義式卻不采用能并沒(méi)有變?yōu)?,但是它們理論上可以變?yōu)?,或者w,=Q(pv)+一0c2+gQz+w,的形式,其原因如.說(shuō)在實(shí)踐上近似被看做0,從而完全轉化為內部功。同樣地,在耗功機械中,w,是實(shí)際發(fā)生的輸人功,它是由外界最初輸人的w',轉化而來(lái),一Sc2和1)如前所述,熱機進(jìn)出口的一0c≥0、8Sz≥0gOz也同樣由w':化而來(lái)。當工質(zhì)離開(kāi)壓氣機出口始終成立,也就是說(shuō)w,中沒(méi)有現實(shí)地包含50c2時(shí),壓氣機的號Sc2和8Sz實(shí)際上仍都大于0,說(shuō)明和8Az。2)對于動(dòng)力機來(lái)說(shuō),內部功的獲得要靠工質(zhì)w'l中的-部分轉化成了一和gAz,假如條件具備膨脹來(lái)實(shí)現，由理想氣體可逆膨脹過(guò)程方程pv, =的話(huà)(實(shí)際上很難做得到) ,0c2和gQz由正值變C可知,當n=1時(shí),為等溫膨脹過(guò)程,Au=0,0(pv) =0;當n≠1時(shí),Qu <0,0(pv) <0,即欲獲得為0(不可能變?yōu)樨撝?,從而使得w';完全轉化為w,就必須膨脹，而膨脹的結果必有Au≤0,w,此時(shí)有技術(shù)功w, =w=w'i。也就是說(shuō),一0c2S(pv)≤0。也就是說(shuō), w,的獲得與Su、0(pv)的和gAz變?yōu)?是一個(gè)“虛擬式”,即處于實(shí)際工作減少是同時(shí)發(fā)生的，即w,中現實(shí)地包含著(zhù)Au.0(pv)。狀態(tài)的壓氣機進(jìn)出口的一c2和8Oz可能并沒(méi)有這樣一來(lái)，當熱功轉換過(guò)程完成以后,w,中沒(méi)變?yōu)?,但是理論上可以變?yōu)?,或者在實(shí)踐上近似有現實(shí)地包含 2 sc2和gOz,但是已經(jīng)現實(shí)地包含被看做0,從而使內部功w';完全變?yōu)榧夹g(shù)功。了0(pv)和Ou,所以技術(shù)功的定義式只可能是w,綜上所述，技術(shù)功的定義式w,=-0c2 +8Oz=-sc2 +8Sz +w,。+w;若想成立，并不能只由穩定流動(dòng)能量方程就上述分析表明對干動(dòng)力機而言技術(shù)功定義可以得到，而是以流體膨脹或壓縮過(guò)程的特殊性導式之 所以采用中國煤化工動(dòng)轉換完成YHCNMHG.第1期劉鈞哲:論技術(shù)功21后,w,與-0c2、gQz之間沒(méi)有現實(shí)的包含關(guān)系,而態(tài)流動(dòng)能量方程是針對某-一個(gè) 具體過(guò)程而言的，該不是文獻[1]中所說(shuō)的“機械能可以全部轉化為過(guò)程中系統獲得的熱量q與Au、Q(pv)、一Sc、功”的緣故。比如Au雖然不是機械能,但是也可gOz、W;之間并不一定存在產(chǎn)生和被產(chǎn)生的關(guān)系，以完全轉化為內部功。以汽輪機為例,根據式比如p,v可能來(lái)自于上一個(gè)吸熱過(guò)程,所以如果(1),因為q=0,可以得到w,= -(u +O(pv)),是一個(gè)非等溫膨脹過(guò)程,就會(huì )導致p,v,減少至顯然汽輪機的技術(shù)功是由熱力學(xué)能和流動(dòng)功完全P22,從而0(pv) <0,于是w,>w。轉化而來(lái)的。2.4技術(shù)功定義 式的適用范圍和條件在耗功機械中，熱功轉換-旦完成, w;是實(shí)際如前所述,當w, >0時(shí),有可供外界利用的功，發(fā)生的輸人功,它是由外界最初輸人的w';轉化而這相當于動(dòng)力機的情況;當w,=0時(shí),無(wú)可利用的來(lái),一c2和gSz也同樣由w',化而來(lái)。與動(dòng)力機功;w, <0時(shí),外界對工質(zhì)做功,這相當于壓氣機的-樣,熱功轉換過(guò)程完成后,w,與-4c2、8Qz之間情況。無(wú)論是動(dòng)力機械還是耗功機械，技術(shù)功的定義沒(méi)有現實(shí)的包含關(guān)系。這樣一來(lái),當熱功轉換過(guò)程式w,=-0c2 +gSz+W,都與這種判斷相一致。對完成以后,w,中沒(méi)有現實(shí)地包含一0c2和gQz,但于水輪機,問(wèn)題就稍顯復雜。根據水輪機工作原理是已經(jīng)現實(shí)地包含了0(pv)和Ou,所以對于耗功得知,可資利用的功是gOz?？墒歉鶕匠蘱- 0h機械來(lái)說(shuō),技術(shù)功的定義式也只可能是w,=-Ac2--0c2 +gQz+W,q=0,這樣就有w,=一0c2 ++ gOz+w。.gAz+w;= - 0h≈0,即水輪機可資利用的功是-2.3技術(shù)功的本質(zhì)及其 與其他功的關(guān)系技術(shù)功是內部功,當忽略摩擦時(shí),內部功在數Oh。而實(shí)際上水輪機可資利用的功是一Sc2 >0,值上等于軸功,所以技術(shù)功在本質(zhì)上就是軸功。從這就出現了矛盾。原因在于穩態(tài)穩流能量方程研技術(shù)功的另-個(gè)定義式w' =w+p,v, -p2v2來(lái)看,究的是熱功轉換問(wèn)題,方程中的8Oz來(lái)自于q或者由于膨脹功和流動(dòng)功屬于有嚴格區別的不同種類(lèi)w,而水輪機的gOz源自于自然升高的水面,所以的功,所以從熱轉化為功的根本角度來(lái)講,該定義技術(shù)功的定義式應用于水輪機,會(huì )得出錯誤的結式只是表明了技術(shù)功來(lái)源于膨脹功扣除流動(dòng)功之論。同樣地,對于其他一些情況,如判斷水從高處后的部分,也就是說(shuō)技術(shù)功既不是膨脹功,也不是流向低處時(shí)可資利用的功,按照定義式，由于q=流動(dòng)功,技術(shù)功本身屬于何種類(lèi)的功,仍然要從定0,所以w,=-0c' +gAz+w;= - Qh≈0,但實(shí)際上義式w,=-Sc2 +8Sz+W,來(lái)判斷。該過(guò)程的可用功是gOz,顯然也是不適用的。既然技術(shù)功源于膨脹功,那就應該是膨脹功大3結論于技術(shù)功,可事實(shí)上對于非等溫膨脹過(guò)程,膨脹功卻小于技術(shù)功。這是由于從熱轉化為功的根本角1)技術(shù)功的定義式并不是僅由穩定流動(dòng)能量度來(lái)看,Ou、O(pv).-Sc2、gAz和w,確實(shí)唯一地都方程必然得到的邏輯推論,而是以流體膨脹或壓縮過(guò)程的特殊中國煤化工>0為隱含條來(lái)自于q,所以w,