
【化】 unavailable energy
"不可用能"(bùkě yòng néng)是一個熱力學領域的專業術語,指在特定條件下無法轉化為有用功的那部分能量。其核心概念與熱力學第二定律密切相關,強調能量轉換過程中的不可逆性導緻的部分能量品質降低,無法被有效利用。
基本定義:
在給定的環境條件下(通常指環境溫度T₀),系統所包含的總能量中,無論經曆何種可逆過程,都無法轉化為有用功(即技術功)的那部分能量,稱為不可用能。與之相對的是"可用能"(Exergy),即可轉化為有用功的最大潛力。
來源:《工程熱力學》經典教材(如沈維道、童鈞耕主編版本)普遍采用此定義。
熱力學第二定律依據:
能量轉換過程必然伴隨熵增(ΔS ≥ 0)。不可用能的本質是由于過程不可逆性(如摩擦、溫差傳熱、混合等)造成的能量耗散,這部分能量最終以廢熱形式排向環境,無法再利用。其數值可表示為環境溫度T₀與過程熵産ΔSgen的乘積:
$$ E{unavailable} = T0 Delta S{gen} $$
來源:國際标準化組織ISO 13600系列标準對能源基礎術語的定義框架。
不可用能主要來源于:
典型例子:汽車發動機中,燃料燃燒産生高溫高壓氣體推動活塞做功(可用能),但排氣和冷卻系統帶走的熱量(即使溫度較高)因接近環境溫度而難以再利用,屬于不可用能。
理解不可用能對能源系統優化至關重要:
*來源:美國機械工程師學會(ASME)《能量系統㶲分析指南》(ASME PTC 46.1)提供标準化評估方法。
Bejan, A. (2016). Advanced Engineering Thermodynamics (4th ed.). Wiley.
該書系統闡述了不可用能與熵産、可用能損耗的關系。
ISO 13600:1997, Technical energy systems — Basic concepts.
國際标準明确區分了"energy"與"exergy"(可用能),間接定義了不可用能。
《工程熱力學名詞》(全國科學技術名詞審定委員會, 2018)将"不可用能"列為規範術語,英文對應"unavailable energy"。
“不可用能”是一個與能量轉化和熱力學相關的概念,其核心含義指能量在轉化過程中因不可逆性而無法被有效利用的部分。以下是詳細解釋:
根據熱力學第二定律,能量轉化具有方向性和不可逆性。例如,熱能無法完全轉化為機械能或其他有用形式,總有一部分能量會以“不可用能”的形式散失到環境中。這種不可逆性導緻即使總能量守恒,可用能源仍會逐漸減少。
需注意,“不可用”在不同語境下含義不同。例如:
但“不可用能”特指熱力學中的能量不可逆損失,需結合具體領域區分。
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