請問機械能直接或間接轉換為熱能的方式有哪些?各種方式的熱轉換效率大概為多少?

時間 2021-06-23 22:46:17

1樓:

你聽說過空氣能熱水器麼?當然用準確的術語來說就是熱幫浦熱水器,每度電是3600千焦,大約860大卡,但是熱幫浦熱水器可以用一度電製取大約相當於4000卡熱耗的熱水。通常來講火電廠平均煤耗約為310克標煤,合2170卡,假設電網效率為90%,依然相當於2411卡熱值的煤生產了4000卡的熱水。

這個效率似乎違背了熱力學第一定律,實際上不是——熱力也是有品位的,溫度越高的熱源品位越高,卡諾熱機的理論效率是(T1-T2)/T1,溫度越高的熱源其轉化為機械能的效率越高,所以利用卡諾迴圈和逆卡諾迴圈熱機,可以用高品位熱去生產更多的低品位熱,代價就是加大固定資產的投資——因為換熱面積大於直接的熱傳遞,還有熱機運動部件。所以空氣能熱水器很貴,而且體積還大。

類似的如果把卡諾熱機這個基本的熱力學概念理解了,就很容易理解,為什麼天然氣燃氣蒸汽聯合迴圈的效率可以達到非常高的水平,而核電站的熱效率比火電還不如。最好的NGCC電廠的發電效率在接近60%,如果是NGCC—電網—熱幫浦熱水器,那麼熱效率是非常高的。但是如果你要炒菜,那還是用燃氣灶吧,乙個燃氣灶頭的熱功率可以輕鬆達到4kW,溫度可以達到近千度,這種情況下只有直接電阻發熱的電爐絲才能堪比,這時候電能系統的整體熱效率就不佔優勢了。

但是在煉鋼的電爐當中,電能可以輕鬆實現數千度的電弧,把化石能源需要富氧燃燒或蓄熱燃燒才能達到的溫度比下去,這就是電能的優點了,理論上甚至工程上可以使用電來實現各種品位,各種形式的能源形式,哪怕在效率上並不一定是最優的。所以在能源-電力的發展趨勢上,電能在能源終端形式的比例一直是在上公升的,哪怕是發達國家的人均能源消費開始出現停滯和後退的情況下。

再糾正一下,電動汽車的效率實際上還是比較高的。

中國電力生產以火電為主,火電發電的供電效率平均約40%,電網效率約90%,假設電池-電動機效率80%,那麼依然有相當於煤炭熱值的約29%驅動你發動機出力。如果直接拿石油生產、煉化效率(90%)和典型的汽車發動機能效(30%~40%)來比,燃油車似乎效率更高,實際上不然。

首先,發動機的工況變化和熱效率影響很大,怠速和最優工況的油耗能有25%之差,實際普通乘用車發動機平均的效率要低於30%。電動車可以實現更好的再生制動,在效率上基本保持很高的水平。。

其次,油品實際上比煤炭的品位更高,而如果考慮中國國情,將煤炭加工成油品,比如煤製油之類的玩意,其最好的熱效率大約是60~70%,考慮內燃機的效率,即使最好的車用渦輪增壓柴油機也不過能達到45%左右的效率(船用低速機組可以達50%以上,但車載顯然不適合),實際上作用到發動機輸出的出力,電動車仍然能勝出。

所以總體來講電動車依然比燃油車節能,而且很關鍵的一點是電動車的汙染排放集中於規模效應明顯的電力生產端,汙染更加好控制,還可以由相對更加清潔的水電、核電、可再生能源來提供。

2樓:方國平

動能總的方向是向熱能轉變,不計時間,效率是100%。但相信這不是題主要的答案。

加上時間、重量、體積等等條件的制約,這個答案就是乙個工程問題,會有很多種可能。

3樓:JackZhou

能源是有品味的,熱能是品味很低的能量,所以其他能源自發轉變為熱能,機械能向熱能轉變,直接摩擦就可以了,你見到的一切動的東西都向熱能轉化

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