40、火用、无效能与可持续性解析

火用、无效能与可持续性解析

1. 火用的量化与常见应用

1.1 加压热流体的火用

计算加压热流体的比火用，通常是针对温度为 (T)、压力为 (p) 的热加压燃料，参考环境温度为 (T_a)、压力为 (p_a)。其计算公式为：
[e = [h(T, p) - h(T_a, p_a)] - T_a[s(T, p) - s(T_a, p_a)]]
其中，(e) 是比火用（单位：(kJ/kg)），(h) 是比焓，(s) 是比熵。比焓和比熵是状态变量，而比火用还依赖于环境条件。该公式由加热流体从环境温度到 (T) 的热量输入乘以卡诺因子，并在温度从 (T_a) 到 (T) 上积分得到。在机械工程中，比火用常用 (kJ/kg) 表示；在化学领域，常用 (kJ/mol)。

1.2 燃料的火用

若物质作为燃料，需在上述公式基础上考虑与氧气的化学计量燃烧反应。对于 (C_5) 到 (C_{12}) 的液态烃，其火用介于低热值（LHV）和高热值（HHV）之间，通常比 LHV 高约 3 - 4.5%。网站 http://www.exergoecology.com/ 提供了纯物质火用的计算器。对于天然气和液态烃燃料，由于其成分复杂，火用值难以获取，实际中常用 LHV 作为燃料火用的参考。例如，甲烷的比火用为 51.8934 MJ/kg，LHV = 50 MJ/kg，HHV = 55.5 MJ/kg。

1.3 效率定义中的火用

效率一般是结果与所需努力的比值。在热循环中，“热效率”是功率输出与热量输入的比值。卡诺因子就是一种热效率。“火用效率”可定义为火用输出与火用输入的比值，但尚未被广泛认知。当输出和输入单位不同