相变贮能讲前言.ppt

相变贮能----理论与应用 焦冬生 热科学和能源工程系 jds@ustc.edu.cn前言 相变概念 贮能、能源、材料 相关学科 利用相变原理进行贮能，涉及相变理论、材料科学、能源动力学、工程热力学、传热学、热物性测量以及相关的技术。 相变 凡是物理性质在各点都相同的空间范围称为相（phase）。 物理性质均匀的部分称为相。 热力学上所谓的相是指系统的一部分，这部分的性质和成分是均匀的，是物理的有它本身的特性而且至少在理论上可以从系统的其它部分分离的。 通常分为三相，即三态：固、液、气 在适当的条件下，如温度、压力或浓度发生变化 ，各相之间可以互相转变。相互作用和热运动之间的此消彼长，形成了相变。 不同的相之间的变化称为相变。 在均匀单相内，或在几个混合相中，出现了不同成分或不同结构，不同组织形态或不同性质的相，就成为相变。 当母相失稳，而新相具有较高的稳定性时，就会发生相变。 引起相变的物理量 一般说来，强度量如温度、压强和组分等是控制宏观系统发生相变的参数。 三种状态的变化 固液，固气，气液相变 日常生活中水的相变（温度） 液化气（压强） 盐水（组分） 相变方程 克拉贝龙方程 相变过程伴随明显的热量释放或吸收 气体方程 理想气体，相变无解 2. 范德瓦尔斯方程 3. 实验测量 相变分类 厄伦菲斯特（Ehrenfest）依据热力学势及其导数的连续性对相变进行分类。 自由能、内能都是热力学函数。它们的第一阶导数是压力(或体积)、熵(或温度)、平均磁化强度等等，而第二阶导数给出压缩率、膨胀率、比热．磁化率。 相变分类 凡是热力学势本身连续，而第一阶导数不连续的状态突变，称为第一类相变。第一阶导数不连续，表示相变伴随着明显的体积变化和热量吸放(潜热)。 热力学势和它的第一阶导数连续变化，而第二阶导数不连续的情形，称为第二类相变。这时没有体积变化和潜热，但比热、压缩率、磁化率等物理量随温度的变化曲线上出现跃变或无穷的尖峰。超流和没有外磁场的超导转变、气液临界点，以及大量磁相变，属于二类相变。 相变分类 从热力学函数的性质看，一类相变点不是奇异点，它只是对应两个相的函数的交点。交点两侧每个相都可能存在，通常能量较低的那个得以实现，这是出现“过冷”或“过热”的亚稳态以及两相共存的原因。 二类相变则对应热力学函数的奇异点，它的奇异性质目前并不完全清楚。在相变点每侧只有一个相能够存在，因此不容许过冷、过热和两相共存。 事实上热力学函数并不能在一类相变点的另一侧无限延伸下去。 能源 石油，煤炭，天然气 电能，热能，机械能 电池（化学能）、蓄能水库（势能）、植物（太阳能转化为化学能） 能源品位（能量转换，第二定律，熵） 以高品位形式贮存 能源转化，合理利用， 初级能源 世界初级能源的供应比例 石油价格走势 能源危机 １９９８年６月７日，美国《洛杉矶时报》发表题为《即将来临的石油危机——真正的危机》的文章认为，今后１０年左右，世界石油供应似乎是充足的。在今后２０年左右的时间，全球石油产量可能开始持续下降。 能源危机 《中东报》认为，到１９９７年底，开采石油已达８０７０亿桶，其中一半是在石油动荡的７０年代开采的。根据一些保守的估计，石油储量不会超过８３００亿桶。还有一些报告指出，世界石油总储量约达９９５０亿桶。目前，世界每年消费石油２４０亿桶，而新勘探出的石油越来越少，每年只有５０亿桶。中东地区以外的石油储量正在下降。石油资源是有限的。?????据美国石油业协会估计，地球上尚未开采的原油储藏量已不足两万亿桶，可供人类开采时间不超过９５年。在２０５０年到来之前，世界经济的发展将越来越多地依赖煤炭。其后在２２５０到２５００年之间，煤炭也将消耗殆尽，矿物燃料供应枯竭。 节能与效率 目前，国际上普遍用“能源效率”（energy efficiency）来替代20世纪70年代能源危机后提出的“节能”（energy conservation）一词。 实际上，从国际权威机构对“节能”和“能源效率”给出的定义来看，两者的涵义是一致的。按照世界能源委员会1979年提出的定义，节能是“采取技术上可行、经济上合理、环境和社会可接受的一切措施，来提高能源资源的利用效率。”这就是说，节能是旨在降低能源强度（单位产值能耗）的努力，应在能源系统的所有环节，包括开采、加工、转换、输送、分配到终端利用，从经济、技术、法律、行政、宣传、教育等方面采取有效措施，来消除能源的浪费。 　　世界能源委员会在1995年出版的“应用高技术提高能效”中，把“能源效率”定义为：减少提供同等能源服务的能源投入。一个国家的综合能源效率指标是降低单位GDP的能源需求，即单位产值能耗；部门能源效率指标分为经济指标和物理指标，前者为单位产值能耗，物理指标工业