论技术功

第12卷第1期沈阳工程学院学报(自然科学版)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论技术功刘钧哲(沈阳工程学院能源与动力学院,辽宁沈阳110136)摘要:针对现有文献对技术功的概念缺乏深入探讨,甚至存在错误理解的现状,通过对稳态流动能量方程中能量转化关系的分析,结合流体膨胀或压缩过程的热力学和流体力学特性,揭示了技术功定义式成立的条件,指明了技术功概念的经验性,论证了技术功定义式的唯一性,明确了技术功定义式的适用范围和条件,厘清了技术功的本质,并对技术功与其他功的关系进行了分析。关键词:技术功;膨胀功;内部功;轴功;热机中图分类号: TK123文献标识码: A文章编号: 1673 - 1603(2016)01 -0018 -05在现有的工程热力学文献中,可逆过程的技术q-Su=O(pv) +20c;+gQz+w，(2)功w.. =-「,vdp具有形式简单、计算方便、在示功其中,q为热量,Ou为内能增量,Oh为焓变;图上形象直观等优点,所以在热机效率分析方面发Q(pv)为流动功,Ac}为动能增量,g4z为位能增挥着重要作用。但是这些文献缺乏对“技术功”概念成立的理量,w为内部功。论基础的充分论证,甚至有文献[ 5]认为技术功的由于动能增量、位能增量属于机械能范畴,并概念是不合理的,应该舍弃。因此,对“技术功”的且机械能可以全部转化为功,所以一0c2、gOz 与w.定义本质、适用范围及条件等问题需要进行深人之和是技术上可资利用的功,称之为技术功,用w.讨论。表示:技术功的由来w,=-0c2 +gOz +W;(3)目前的文献中,技术功的导出是通过对单位质式(3)就是技术功这- - 概念得以建立的定义量的工质流经开口系统做稳定流动时得到的,即式。由式(2)可以得到技术功的另-种定义式:q-Ah=-Ac} +gSz +w,w,=w+P1Vy - P2V2(4)中,W为膨胀功,Pv1为进口的推动功,P2收稿日期: 2015 -04-01作者简介:刘钧哲(1974-).男,辽宁沈阳人,讲师,硕士。中国煤化工MHCNMH G.第1期刘钧哲:论技术功为出口的推动功。相当于耗功机械的情况。对于可逆过程,式(3)、(4)中的技术功还可以根据这些判断可以得出如下结论:表示为1)对于动力机,即w,>0时,如果一Sc2 + gAzw, =-|. vdp(5)<0,w,>0,必然导致w, < w,这就表明系统对外其中, w.,为可逆过程的技术功。界做功时,外界可资利用的功w,比实际利用的功w,还小,这显然与技术功的定义相悖。2对技术功的分析2)对于耗功机械，即w, <0,如果一0c2 +8Qz2.1定义 式成立的条件<0,必然导致w,0。另外,从锅炉过热器和再热器流稳定流动能量方程中,一0c2、gAz的数值可正、可过来的蒸汽速度C不能很大,否则会导致振动噪声以及过大的阻力损失;且c,也不能太小,否则会负、可为零,那么技术功定义式中一4c2、8Sz似乎导致设备尺寸太大，即c应为“经济流速”。同时从汽轮机低压缸排出的蒸汽速度C2不能太低，否也是可正、可负、可为零的,也即是说技术功的定义则很难推动转子对外做功。于是,对于绝大多数情式成立与否,并不需要什么附加条件。既然技术功的定义是“技术上可资利用的况,就有C2 >C，从而号sc2≥0,因此必有一4c2 +功”,这就可以得出以下判断:gAz≥0。实际工程的数据也证明了这一一点,例如某1)w, >0时,有可供外界利用的功,并且w;>蒸汽动力厂锅炉蒸汽量为40 Vh,汽轮机进口速度0,这相当于动力机的情况。为70 m/s,出口速度为140 m/s,蒸汽进出口高差2)w, =0时,无可利用的功。.为1.6 m。中国煤化工:3)w, <0时,外界对工质做功,并且w,<0,这以耗功“压气机进出MYHCNMH G●20沈阳工程学院学报(自然科学版)第12卷口的尺寸相差不大,所以4c2≈0。压气机主要用致的一0c2≥0,8Az≥0为条件,并且保证这个条件于气体的储存和输送,所以出口高度往往略高于进是成立的。由此也可以看出,技术功不是一一个理论口高度,所以gAz≥0。显然,大多数情况下，压气上严格成立逻辑自洽的概念,它与焓热量功、动机也是满足这个条件的。能、位能等这一-类‘ 理论概念”不同,它是-一个基于对于动力机来说,工质离开动力机出口时,动工程实际的“经验概念”。力机的一Sc2和gOz实际上都大于0,说明这两者另外,使用技术功这一- 概念必须以热功转换为基本前提,换句话说,正是由于热功转换过程的特还没有转化为内部功。假如条件具备的话(实际点,决定了技术功的条件得以满足;而后几个概念上很难做得到) ,这两者就可以由正值变为0(不可并不限于热功转换过程,对于非热功转换过程仍能能变为负值),从而完全转化为内部功。也就是成立。说,一0c2和8Qz变为w;是-一个“虚拟式”,即处于2.2 技术功定义的形式实际工作状态的动力机进出口的一4c2和gOz可流动功s(pv)也是机械能,也可以完全转化为功,但在现有的文献中,技术功的定义式却不采用能并没有变为0,但是它们理论上可以变为0,或者w,=Q(pv)+一0c2+gQz+w,的形式,其原因如.说在实践上近似被看做0,从而完全转化为内部功。同样地,在耗功机械中,w,是实际发生的输人功,它是由外界最初输人的w',转化而来,一Sc2和1)如前所述,热机进出口的一0c≥0、8Sz≥0gOz也同样由w':化而来。当工质离开压气机出口始终成立,也就是说w,中没有现实地包含50c2时,压气机的号Sc2和8Sz实际上仍都大于0,说明和8Az。2)对于动力机来说,内部功的获得要靠工质w'l中的-部分转化成了一和gAz,假如条件具备膨胀来实现，由理想气体可逆膨胀过程方程pv, =的话(实际上很难做得到) ,0c2和gQz由正值变C可知,当n=1时,为等温膨胀过程,Au=0,0(pv) =0;当n≠1时,Qu <0,0(pv) <0,即欲获得为0(不可能变为负值),从而使得w';完全转化为w,就必须膨胀，而膨胀的结果必有Au≤0,w,此时有技术功w, =w=w'i。也就是说,一0c2S(pv)≤0。也就是说, w,的获得与Su、0(pv)的和gAz变为0是一个“虚拟式”,即处于实际工作减少是同时发生的，即w,中现实地包含着Au.0(pv)。状态的压气机进出口的一c2和8Oz可能并没有这样一来，当热功转换过程完成以后,w,中没变为0,但是理论上可以变为0,或者在实践上近似有现实地包含 2 sc2和gOz,但是已经现实地包含被看做0,从而使内部功w';完全变为技术功。了0(pv)和Ou,所以技术功的定义式只可能是w,综上所述，技术功的定义式w,=-0c2 +8Oz=-sc2 +8Sz +w,。+w;若想成立，并不能只由稳定流动能量方程就上述分析表明对干动力机而言技术功定义可以得到，而是以流体膨胀或压缩过程的特殊性导式之 所以采用中国煤化工动转换完成YHCNMHG.第1期刘钧哲:论技术功21后,w,与-0c2、gQz之间没有现实的包含关系,而态流动能量方程是针对某-一个 具体过程而言的，该不是文献[1]中所说的“机械能可以全部转化为过程中系统获得的热量q与Au、Q(pv)、一Sc、功”的缘故。比如Au虽然不是机械能,但是也可gOz、W;之间并不一定存在产生和被产生的关系，以完全转化为内部功。以汽轮机为例,根据式比如p,v可能来自于上一个吸热过程,所以如果(1),因为q=0,可以得到w,= -(u +O(pv)),是一个非等温膨胀过程,就会导致p,v,减少至显然汽轮机的技术功是由热力学能和流动功完全P22,从而0(pv) <0,于是w,>w。转化而来的。2.4技术功定义 式的适用范围和条件在耗功机械中，热功转换-旦完成, w;是实际如前所述,当w, >0时,有可供外界利用的功，发生的输人功,它是由外界最初输人的w';转化而这相当于动力机的情况;当w,=0时,无可利用的来,一c2和gSz也同样由w',化而来。与动力机功;w, <0时,外界对工质做功,这相当于压气机的-样,热功转换过程完成后,w,与-4c2、8Qz之间情况。无论是动力机械还是耗功机械，技术功的定义没有现实的包含关系。这样一来,当热功转换过程式w,=-0c2 +gSz+W,都与这种判断相一致。对完成以后,w,中没有现实地包含一0c2和gQz,但于水轮机,问题就稍显复杂。根据水轮机工作原理是已经现实地包含了0(pv)和Ou,所以对于耗功得知,可资利用的功是gOz。可是根据方程q- 0h机械来说,技术功的定义式也只可能是w,=-Ac2--0c2 +gQz+W,q=0,这样就有w,=一0c2 ++ gOz+w。.gAz+w;= - 0h≈0,即水轮机可资利用的功是-2.3技术功的本质及其 与其他功的关系技术功是内部功,当忽略摩擦时,内部功在数Oh。而实际上水轮机可资利用的功是一Sc2 >0,值上等于轴功,所以技术功在本质上就是轴功。从这就出现了矛盾。原因在于稳态稳流能量方程研技术功的另-个定义式w' =w+p,v, -p2v2来看,究的是热功转换问题,方程中的8Oz来自于q或者由于膨胀功和流动功属于有严格区别的不同种类w,而水轮机的gOz源自于自然升高的水面,所以的功,所以从热转化为功的根本角度来讲,该定义技术功的定义式应用于水轮机,会得出错误的结式只是表明了技术功来源于膨胀功扣除流动功之论。同样地,对于其他一些情况,如判断水从高处后的部分,也就是说技术功既不是膨胀功,也不是流向低处时可资利用的功,按照定义式，由于q=流动功,技术功本身属于何种类的功,仍然要从定0,所以w,=-0c' +gAz+w;= - Qh≈0,但实际上义式w,=-Sc2 +8Sz+W,来判断。该过程的可用功是gOz,显然也是不适用的。既然技术功源于膨胀功,那就应该是膨胀功大3结论于技术功,可事实上对于非等温膨胀过程,膨胀功却小于技术功。这是由于从热转化为功的根本角1)技术功的定义式并不是仅由稳定流动能量度来看,Ou、O(pv).-Sc2、gAz和w,确实唯一地都方程必然得到的逻辑推论,而是以流体膨胀或压缩过程的特殊中国煤化工>0为隐含条来自于q,所以w,