损失分布结构情况，便于确定改进系统的关键过程与潜力所在。黑箱火用分析方法将个过程或单元当作个黑箱子处理，仅仅研究箱子边界处火用的输入与输出，并不关心过程或单元内部火用的转化利用过程。箱子边界处输出火用与输入火用的差值为该过程或单元的火用损失。输出的火用中有部分为产品，另有部分随排烟浓苦咸水等排放物排放的环境中，最终也损失掉了。转化到产品中的火用值与系统耗费的火用值的比值为该过程的火用效率，其定义为如式所示式中，系统被利用或者收益的火用系统支付或者耗费的火用，。系统的火用损失为系统的火用损失系数为系统热力学完善度为系统输出的总火用比上输入的总火用，如式所示式中，系统所有输出的火用为系统所有输入的火用，从热力学的观点来看，火用效率是衡量系统能量转换和利用效益的最合理最全面的指标，火用效率越接近，表示设备或装置系统的热力学完善度越好，火用损失越小。黑箱火用分析方法还可以扩展到对系统的分析，将个复杂系统分成多个过程或单元，然后对每个过程或单元以及它们组成的系统进行黑箱火用分析。由于系统中单元之间存在能量和火用的传递，将各个过程或单元火用输入与输出连接起来就得到了整个系统火用损失分布，计算得到各个过程的火用损失与系统输出的火用占输入系统总火用的比例，就成为系统火用损结构模型。火用损结构模型清晰明了地揭示系统内引起火用损失发生的单元以及其在硕士学位论文总火用损失中的份额，从而为定位系统内的潜力单元，指明系统改进的方向提供依据。系统热力性能分析基于热力学第定律的热力性能分析在前面章节建立的系统的模型的基础上，对本文所设计的日产淡水的苦咸水淡化系统进行性能分析，其主要设备的参数列于表表主要设备参数太阳能集热器面积蒸发器换热面积冷凝器换热面积装置设计时是以年平均日辐射量进行的设计计算，但是实际中日辐射量每天都在变化，随着季节的变化是每月的日平均辐射量差异很大，因此分析年内的月平均日辐射量对系统性能的影响至关重要，并对系统实际运行操作有重要指导意义。表年兰州地区水平面总日射月平均日辐照量月份月平均日辐射量本文采用了中国气象数据共享服务网年兰州月的水平面总日照月平均日辐照量数据，见表，在各个月份的不同的平均日辐照量情况下，计算系统至月每个月的平均日产水量，单位淡水热耗率，产水率，热力学性能系数。图是月的水平面总日照月平均日辐照量曲线和对应的每个月的平均日淡水产量曲线，也即系统在不同的太阳能辐照的工况下的日淡水产量。由图可以看出，日淡水产量曲线和日辐照强度曲线趋势基本致，系统在兰州地区太阳辐射最差的月份月平均日辐照量，日淡水产量亦可达左右，而在辐射量最高的月份月平均日辐照量可达左右。图显示了系统在每个月的不同太阳能辐照量工况下，每月平均淡水产风能和太阳能联合驱动的小型苦咸水淡化系统研究水率和苦咸水的浓缩比。由图可以看出，在兰州地区在太阳辐射比较好的和月四个月，系统的产水率虽然非常高，每平方米集热面积的产水量都在以上，最高日产水率到达了∙，但是系统的浓缩比也都很高，都在以上，也即浓盐水的排出的浓度在以上，传热面上的结垢现象将会非常严重。图年内每月平均日淡水产量图月平均产水率和浓缩比硕士学位论文苦咸水水中含有大量可溶性盐，在苦咸水淡化过程中，随着苦咸水的逐渐被浓缩，苦咸水中所含的部分盐类将逐步达到饱和直至过饱和状态，处于过饱和状态的盐类将沉积在传热管表面，并形成水垢。水垢的存在和积累将使传热管的传热效率下降，装置的热效率降低，从而导致热水消耗增加，产水量下降。这种现象在计算结果种并没有显示出来，是因为计算中污垢热阻取了经验定值，并没有考虑结垢的增加，但是在实际的生产实验中将会对系统的运行造成严重的影响，因此在实际的生产中，在这个月份的淡水喷淋量可适当增加，以减少结垢的形成，并可增加定的淡水产量。图单位淡水产量的热耗率和系统性能系数图为单位淡水产量的热耗率和系统性能系数在不同太阳辐照量的情况下的变化。单位淡水产量的热耗率表示产生的淡水所需要消耗的热量，系统性能系数是获得定量淡水所需最少能量与实际输入能量之比，由他们的定义可以看出，单位淡水产量的热耗率只表示了热量对系统产水的影响，而系统性能系数表示系统实际所消耗的所有能量对系统的影响，在本系统里所消耗的能量除了太阳能提供热能外，还包括风力机吸收风能。图显示系统在太阳能辐射强度大的几个月份系统的热耗率较低，即生产淡水所消耗的热能较少，也即系统生产淡水所消耗的能量也应较少，所以生产定量的淡水所消耗的能量就较少，系统的性能系数就应较高，与图中曲线规律致。对比图可知，这是因为在太阳能辐射强度大的几个月份风能和太阳能联合驱动的小型苦咸水淡化系统研究系统的浓缩比也较高，即喷淋苦咸水的大部分被蒸发，少量被排出系统，系统的苦咸水带走的余热就少了，实际输入的能量大部分被利用，系统性能系数相应就高了。且从系统的性能系数曲线可以看出，系统大部分月份的性能系数都在以上，可知系统在大部分月份的运行效果都较好。基于热力学第二定律的热力性能分析苦咸水淡化过程为不可逆过程，能量在使过程中不断地贬值，基于热力学第定律的能量衡算法不能反映能量品位的高低，从而不能全面的反映用能过程的能量利用程度，故由它产生的传统的热力性能指标亦存在着定的缺陷。热力学第二定律分析方法即火用分析方法，从能量质的角度出发，确定了热力过程发生的原则，指出了能量在转换和转移过程中的限度和使用价值的损失。火用是从质与量相结合上科学地评价能量价值的种物理量。烟的概念的提出，使人们对能的性质的认识更加深化，改变了对能的损失和能量转换率的些传统观念。当今社会，能源短缺问题日益突出，迫使人们不得不认真研究各种能量的合理利用，因此火用分析法在化学或热力系统的集成和优化方面的应用日益受到国际重视。系统黑箱模型将风能和太阳能联合驱动的苦咸水淡化系统看做个整体，利用黑箱模型进行分析，图为风能和太阳能联合驱动的苦咸水淡化系统的黑箱模型，图中待箭头的火用流线表示输入输出的火用流，箭头表示火用流的方向。图淡化系统黑箱模型图中为冷却水带入系统的火用为冷却水带出系统的火用为太阳能集热器热水带入系统的火用为太阳能集热器硕士学位论文热水带出系统的火用为冷凝器排出淡水带走的火用为蒸发器排出浓盐水带走的火用为进入蒸发器的苦咸水带入的火用，。对于本文设计的风能和太阳能联合驱动的苦咸水淡化系统装置，系统支付或者耗费的火用为太阳能集热器热水进出蒸发器的火用差冷却水进出冷凝器的火用差和风力机带入系统的机械功火用系统的有效利用的火用为淡水带走的火用。所以风能和太阳能联合驱动的苦咸水淡化系统的火用效率为系统的火用损失为系统的火用损失系数为系统热力学完善度为系统灰箱模型系统灰箱模型是把淡化系统各设备分别看做的个个黑箱模型，黑箱间用火用流线表示火用的流动，也就是系统各设备黑箱网络模型。图淡化系统灰箱模型风能和太阳能联合驱动的小型苦咸水淡化系统研究如图所示为风能和太阳能联合驱动的苦咸水淡化系统的灰箱模型，将蒸发器和冷凝器看作黑箱，之间用火用流线连接，模型中只考虑各设备间由于物料流动及能量传递引起的火用传递。图中为蒸发器产生的蒸汽的火用为部分冷却水作为喷淋水喷淋入蒸发器苦咸水的火用，。蒸发器的的火用效率和火用损失分别为蒸发器的热力学完善度为冷凝器器的的火用效率和火用损失分别为冷凝器的热力学完善度为以日产的淡水生产系统，在日辐照量为的工况下运行的参数为原始数据计算系统各火用值，再由公式计算得系统和各设备的火用效率火用损失和热力学完善度见表表淡化系统火用分析结果设备火用效率