过程热力学分析就是用热力学方法对过程中能量转化、传递、使用和损失情况进行分析，揭示出能量消耗的大小、原因和部位，为改进过程，提高能量利用率指出方向和方法。

热力学分析方法有三种，能量衡算法、熵分析法、㶲分析法。

过程热力学分析能量衡算法

以热力学第一定律为基础，通过物料衡算、能量衡算求出过程总能量的利用率（代表第一定律的效率）。

能量损失与㶲损失 建立了㶲和㷻的概念后，我们对能量的守恒性和实际过程的不可逆性有了较深的认识。能量守恒是指在一切过程（无论可逆的还是不可逆的过程）中，㶲和㷻的总量保持恒定。若分别讨论㶲和㷻则只有在可逆过程中，两者才各自保持恒定；而在实际不可逆的过程中，都会导致㶲向㷻的转化。

能量损失与㶲损失在概念上是完全不同的。由于能量是守恒的，所以笼统地讲能量损失是违反热力学第定律的。通常讲的能量损失是指某个系统的㶲和㷻的总量损失，它是一种外部损失，又称排出损失，即通过各种途径散失和排放到环境中去的能量，如排出系统的废气、乏汽、冷却水、冷能水、废液、废渣等带走的能量、保温不良的热损失。

㶲损失包括两部分，内部损失和外部损失。内部损失是由系统内部各种不可逆因素造成的㶲损失。例如，直接接触式换热器或间壁式换热器的有温差△T的传热，吸收、精馏、萃取塔中上升和下降的两相流体之间有浓度差△c的传质，管道中、设备中有压差△p为推动力的流体流动（包括节流），在反应设备中进行的有化学位差△μ的化学反应过程。外部损失是通过各种途径散失和排放到环境的㶲损失，如废气、乏汽、冷却水、冷凝水、废液、废渣带走的炯、保温不良的炯损失。

工程上各种能源实际上就是㶲源，而环境介质中储存的大量能量都是不能利用的。有些人往往将能量的概念和㶲的概念等同起来，要注意两者的差异。

过程热力学分析熵分析法

熵分析法是通过计算不可逆熵产量，以确定过程的损耗功和热力学效率。熵分析法的主要内容包括： ·

①确定出入系统的各种物流量、热流量和功流量，以及各物流的状态参数；

②确定物流的熵变和过程的损耗功、㶲损失；

③确定过程的热力学效率。

由不可逆因素引起的㶲损失就等于相应的㷻增量，所以㶲损失可以用两种方法计算，一种是㶲平衡法，另一种是㷻平衡法。由㶲平衡法计算㶲损失将在后面介绍，这里介绍用㷻平衡法计算㶲损失。

WL=ΔA₀=T₀ΔS_T

熵分析法的局限性是只能求出过程的不可逆㶲损失，而没有计算排出系统的物流㶲和能流㶲；也就是说，只能求出有效能的内部损失，不能求出有效能的外部损失。因此。不能确定排出物流㶲和能流㶲的可用性。以及由此而造成的㶲损失。熵分析法的局限性在㶲分析法中可以避免。

过程热力学分析㶲分析法

㶲分析法是通过㶲平衡确定过程的㶲损失和㶲效率。㶲分析法的主要内容有：

①确定出入系统的各种物流量、热流量和功流量，以及各物流的状态参数；

②由㶲平衡方程确定过程的㶲损失；

③确定热力学第二定律效率。

下面介绍怎样进行㶲平衡计算。考察图1所示的稳流过程，对该系统进行有效能衡算。通常，位能、动能变化较小，可以忽略，对于可逆过程W_L=0，有效能守恒

E_XQ ΣE_Xi入 = W_S ΣE_Xj出

式中，ΣE_Xi入为进入系统的物流㶲；ΣE_Xj出为流出系统的物流㶲；E_XQ为进入系统的热流㶲。对于不可逆过程W_L>0，㶲衡算式为

E_XQ ΣE_Xi入 = W_S ΣE_Xj出 W_L

对于单一步骤过程，其损失功可直接应用式W_L=W_id - W_F计算。对于更为复杂的包括几个步骤的过程，则必须对每一个步骤分别进行损失功的计算。在此情况下，上式最好改写成下列形式：ΣW_L=W_id - W_F（式1）式中，累加号是指过程中所有步骤而言。式中各项要分别计算：

全过程的理想功W_id =T₀ΔS - ΔH

每个步骤的损失功W_L=T₀ΔS - Q

过程的实际功W_F=Q- ΔH- ΔE_k- ΔE_p

对于产生功的过程，最好将公式1写成下列形式

W_id =W_F ΣW_L

上式表明，过程的理想功在数值上等于两部分功量之和，第一部分是过程的实际功W_F，第二部分是变为不可利用的那部分功量即损失功ΣW_L。既然是这样，理想功即为给定的状态变化中充其量所能得到的最大功，因此热力学效率η_t应为实际功对理想功之比值：

η_t = W_F/W_id

对于接受功的过程，将公式1最好写成

W_F=W_id -ΣW_L

上式右边第一项是理想功，代表该过程在给定的状态变化中所需的最小功，第二项代表过程各个步骤由于不可逆性所引起的损失功。由此可见，对于接受功的过程，实际所需要的功量应大于理想功，于是，其热力学效率应为理想功对实际功之比：

η_t = W_id/ W_F 2100433B

热力学分析（thermodynamic analysis），又称第二定律分析（second-lawanalysis）或㶲分析（exergyanalysis），是应用热力学基本原理分析能量转换过程的有效性和合理性的一门实用性学科，它的基础是热力学第二定律，即过程不可逆原理的应用。

热力学第一定律是能量守恒定律，它无法回答为什么能源会匮乏的问题。热力学第二定律指出，实际过程是不可逆的，能量虽然在数量上守恒，但不同形式的能量的可转换性却是不守恒的，这就是说，能量存在质的差别。热力学分析以数量和质量（晶位）两个方面研究能量的转换过程，道出了用能过程的本质和节能的关键。

热力学分析的理论基础全部包含在经典热力学之中，但是在处理方法上有其特点，热力学分析特别强调要把系统放在给定的环境中考查，将系统和环境一并考虑。热力学分析通常研究实际的开式系统，而不是闭式循环。

早在19世纪末，热力学家J．W．Gibbs和工程热力学家G．Gouy及丸Stodola就分别提出了能量的可用性、能量相位以及损耗功等概念。20世纪30年代，美国工程热力学家J．H‘Keenan首次提出 availability 函数，德国的F．Bosnjakovic提出technische Arbeitfahigkeit 函数。50年代前南斯拉夫的Z．Rant首创exergy一词，得到了国际公认。这样，过程热力学分析逐渐形成了完整体系。70年代以来，能源问题受到举世瞩目，热力学分析成为开展节能研究的有力工具，在理论上更为完备，应用领域日益扩大，以动力、制冷等过程推广到所有化工过程、单元操作、太阳能及其它新能源利用等领域。热力学分析被认为是工程热力学在本世纪取得成就最大的一个分支。

化工生产中，人们总是希望能够合理、充分的利用能源，提高能源的利用率，以获得更多的功。根据热力学的基本原理，阐述了理想功、损失功、有效能等一些基本概念和计算，以便评定实际生产过程的能量利用情况，我提高能量利用效率，改进生产提供一定的理论依据。

过程热力学分析理想功

理想功是指体系的状态变化完全按可逆过程进行时所表现出的功，即体系在做功过程中，在给定变化条件下所能够完成的最大功量，或在消耗功的过程中所需的最小功，对于非流动体系，理想功为

W_id =T₀ΔS - ΔU - p₀ΔV

式中W_id为理想功；T₀为环境的绝对温度；ΔS和ΔU分别为体系的熵变和内能变化；p₀是环境的压力；ΔV是体系的体积变化。

对于稳定流动过程，其理想功表达式为

W_id=T₀ΔS- ΔH- ΔE_k- ΔE_p

其中ΔH为体系的焓变；ΔE_k和ΔE_p分别表示动能差和位能差。

在实际应用过程中，许多情况下动能差和位能差往往可忽略不计，于是理想功为

W_id =T₀ΔS - ΔH

过程热力学分析损失功

体系在给定状态变化过程中所做的可逆功与其相应的实际过程所做的功之间的差值称为损失功。对于一个不可逆过程，损失功的计算公式为

W_L=T₀ΔS_T =T₀（ΔS ΔS₀）

式中W_L为损失功；ΔS_T为体系与环境的总熵变；ΔS₀表示环境的熵变。根据热力学第二定律，一切自然过程都有ΔS_T≥0，因此W_L≥0，这表明任何不可逆过程都有其代价，损失功是正值。

对于稳定流动过程，其损失功可表示为

W_L=W_id - W_F

其中W_id用上式计算；W_F为实际功，计算公式为

W_F=Q- ΔH- ΔE_k- ΔE_p

其中Q是相对体系而言的传热量。这样稳定流动过程的损失功便可表示为

W_F=T₀ΔS -Q

热力学是研究热现象中，物质系统在平衡时的性质和建立能量的平衡关系，以及状态发生变化时，系统与外界相互作用的学科。工程热力学是关于热现象的宏观理论，研究的方法是宏观的，它以归纳无数事实所得到的热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律作为推理的基础，通过物质的压力 、温度、比容等宏观参数和受热、冷却、膨胀、收缩等整体行为，对宏观现象和热力过程进行研究。常用的三种热力学分析方法，即焓分析、熵分析和火用分析。通过各种热力学分析方法对能量转换过程进行分析，改进装换装置，能够更加合理的利用能量，对人类社会发展有着重要的意义。

热力学分析通常包括三方面的内容：（1）确定过程中工质状态变化的规律以及相应的状态参数；（2）确定过程中能量转换的数量关系；（3）揭示过程中的不可逆程度，反映能量转换与利用的完善性。

具体步骤为：（1）根据具体情况，划定系统；（2）根据过程特性，确定过程中状态变化的特定规律；（3）用图表示意出热力过程；（4）根据合适的热力学定律，列出平衡式，求解未知量。

热力学过程的定义是一个热力学系统由开始到完结的状态中所涉及的能量转变。在过程中，路径会因为受到某一些热力学的变量要保持常数而变得指定，以下将以共轭对来对热力学过程进行解说，因为当其中一个变量设为常数时，刚好是另一个的共轭对。

首先，压力和容量是其中一个共轭对。因为两者都涉及以传送机械能或动能形式的作功。

在过程中，当压力维持是常数时，称为等压过程。例子：在一个圆筒中有一个可动的活塞，从而令到在系统在与大气压力隔绝的情况下仍能保持一致。即是，系统在动能上透过一个可动的空间连结在一起，以达致一个等压的贮存器。 相对地，当一个系统的容量维持是常数时，称为等容过程，代表该系统对外围没有任何作功。对于一个二维空间，所有的从外来的热能量传送将直接被系统所吸收作为内能。例子：当燃烧一个密封的铁罐内的空气。在最初的时候，铁罐并没有变形（容量不变），但从系统的温度和气压上升，可以结论气体的内能有所增加，这亦是唯一的改变。 数学上，δQ = dU。这个系统可以说上动能上被一个固定的空间从外围所隔绝。

另一组的共轭对是温度和熵。皆因两者都有透过加热来传送热能。

通常所遇到的热力学过程有：

等温过程，系统的始态和终态的温度与环境温度相同， 且环境温度不变的过程。在变化过程中系统温度不一定恒定。

等压过程，系统的始态和终态的压力与环境压力相等， 且环境压力为一恒定值的过程。在变化过程中系统的压力不一定恒定。

等容过程，系统的始态和终态体积相等的过程， 即ΔV=0。

绝热过程，系统与环境之间用绝热壁隔开， 此时系统中所进行的过程称为绝热过程。

循环过程，系统经一系列变化后又回到原来状态的过程。

实际的热力过程比较复杂，概括起来，可归纳为以下四个基本过程和一个多变过程。实际过程可看作是它们的组合。

所有的热力学过程都假设在两个空间之中没有任何粒子渗透。假设两个空间都是固定而绝热的，但是可以对于多过一种粒子进行渗透。同样的考虑可以应用在化学势和粒子数目的共轭对。

热力学过程等容过程

其特征是系统的体积为常数。对于等容过程，如果系统和环境间除膨胀功以外，没有其他功的交换，则：

W=0，Q=ΔU

对于无相变化和化学变化的等容过程： Q=ΔU=nCv(T2-T1)

式中Q为热能，系统吸热为正，放热为负；W 为功,作功为正,得功为负；U是系统的内能；Cv是平均定容摩尔热容；n是摩尔数。

热力学过程等压过程

其特征是系统的压力为常数。对于等压过程如果系统与环境间除膨胀功外无其他功的交换，则： W=p(V2-V1),Q=ΔH=H2-H1=nCp(T2-T1)

式中H为系统的焓，H=UpV；Cp为平均定压摩尔热容。

热力学过程等温过程

其特征是系统的温度为常数。如果是可逆等温过程，则： Q=TΔS=T(S2-S1)，W=Q-ΔU=TΔS-ΔU

式中S为系统的熵。如果是理想气体的等温膨胀（或压缩）过程，系统的状态变化满足pV=常数。

等温过程，顾名思义，在过程中温度保持不变。例子：当贮存器的容量足够大，或者是改变容量的过程足够慢，被浸在一个恒温水池等等。换句话说，这个系统在温度被一个可传热的空间连结在一起。 在过程中，系统的净能量没有因为加热或冷却而有所改变，称为绝热过程。对于一个可逆的过程，这与等熵过程一样。我们可说这个系统因为一个绝缘的空间在热能上与外围隔绝。留意的是，如果一个系统中的熵未达到最高的平衡数值，那么熵的值在系统纵使在热能上被隔绝仍会一直增加。 一个等熵过程就是熵的数值一直是常数。对于一个可逆的过程，这与绝热过程一样。如果一个系统中的熵未达到最高的平衡数值时，对该系统进行冷却便可能需要维持熵的数值不变。 任何热力学势都可能在过程中保持常数， 例如：在一个等焓过程中，焓保持不变。

热力学过程绝热过程

其特征是系统与环境间无热交换，因此： W=-ΔU

如果是理想气体的可逆绝热膨胀（或压缩）过程，系统的状态变化满足pV=常数γ，式中γ=cp/cv,即定压比热容cp与定容比热容cv之比，称为比热容比。

热力学过程多变过程

在许多实际过程中，经验表明，系统的状态变化近似地遵循下述规律： pV=常数m

式中 m为多变指数，这类过程称为多变过程。引入多变过程的概念可使数学处理简化，但是此式只能在经过检验的范围内使用。当m取特定的数值时,这一多变过程可转化为上述各种基本过程。例如m=0，则p=常数,即转化为等压过程；m=1,pV=常数,即为理想气体的等温过程；m=γ，即转化为理想气体的可逆绝热过程。在多数情况下，m=1.2～1.5。