
【化】 unavailable energy
"不可用能"(bùkě yòng néng)是一个热力学领域的专业术语,指在特定条件下无法转化为有用功的那部分能量。其核心概念与热力学第二定律密切相关,强调能量转换过程中的不可逆性导致的部分能量品质降低,无法被有效利用。
基本定义:
在给定的环境条件下(通常指环境温度T₀),系统所包含的总能量中,无论经历何种可逆过程,都无法转化为有用功(即技术功)的那部分能量,称为不可用能。与之相对的是"可用能"(Exergy),即可转化为有用功的最大潜力。
来源:《工程热力学》经典教材(如沈维道、童钧耕主编版本)普遍采用此定义。
热力学第二定律依据:
能量转换过程必然伴随熵增(ΔS ≥ 0)。不可用能的本质是由于过程不可逆性(如摩擦、温差传热、混合等)造成的能量耗散,这部分能量最终以废热形式排向环境,无法再利用。其数值可表示为环境温度T₀与过程熵产ΔSgen的乘积:
$$ E{unavailable} = T0 Delta S{gen} $$
来源:国际标准化组织ISO 13600系列标准对能源基础术语的定义框架。
不可用能主要来源于:
典型例子:汽车发动机中,燃料燃烧产生高温高压气体推动活塞做功(可用能),但排气和冷却系统带走的热量(即使温度较高)因接近环境温度而难以再利用,属于不可用能。
理解不可用能对能源系统优化至关重要:
*来源:美国机械工程师学会(ASME)《能量系统㶲分析指南》(ASME PTC 46.1)提供标准化评估方法。
Bejan, A. (2016). Advanced Engineering Thermodynamics (4th ed.). Wiley.
该书系统阐述了不可用能与熵产、可用能损耗的关系。
ISO 13600:1997, Technical energy systems — Basic concepts.
国际标准明确区分了"energy"与"exergy"(可用能),间接定义了不可用能。
《工程热力学名词》(全国科学技术名词审定委员会, 2018)将"不可用能"列为规范术语,英文对应"unavailable energy"。
“不可用能”是一个与能量转化和热力学相关的概念,其核心含义指能量在转化过程中因不可逆性而无法被有效利用的部分。以下是详细解释:
根据热力学第二定律,能量转化具有方向性和不可逆性。例如,热能无法完全转化为机械能或其他有用形式,总有一部分能量会以“不可用能”的形式散失到环境中。这种不可逆性导致即使总能量守恒,可用能源仍会逐渐减少。
需注意,“不可用”在不同语境下含义不同。例如:
但“不可用能”特指热力学中的能量不可逆损失,需结合具体领域区分。
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