能量的传递过程广泛地存在于工业生产各个领域。能量具有量和质两方面的属性,然而能量的传递和转换必然伴随其“质”-火用的传递和转换。能量在传递和转换过程中守恒,而火用在传递和转换过程中其量不守恒,因而,火用必有其独特的传递和转换规律。研究火用的传递和转换规律具有重要的理论和现实意义。目前的火用传递研究大多集中于一、二维的稳态与非稳态导热过程,而对管内对流换热过程的火用传递规律的分析研究较少,且得到的对流换热过程的火用传递方程(组)非常复杂,求得解析解比较困难,不便于工程应用,可供实用的对流换热过程火用传递分析理论和应用的研究结果则非常少见。而且对任何实际对流换热过程,从热力学观点看管内对流换热过程中的熵产和火用损失始终大于零,而从传火用的角度来看,在某种情况下管内对流换热的流动工质的传火用量(即火用的变化)可能小于零,这在工程中就没有实际意义。因而,分析使管内对流换热中流动介质的传火用变化大于零的相应运行参数和结构参数范围,对火用传递规律的研究显得尤为重要。本课题从火用传递的观点出发,基于热力学第一、二定律和非平衡热力学理论,对壁面恒壁温/恒热流工况下,管内充分发展段对流换热过程的火用传递基本特性进行了研究,引入对流换热传火用系数、火用流密度、传火用量等概念,首次提出传火用Nusselt数和管内对流换热火用传递方程,并导出相应的计算式;讨论了Reynolds数、量纲1壁温、量纲1热通量和不同截面位置等参数对光管管内对流换热火用传递过程的影响;最后将传火用和传热的结果进行了比较。同时,利用火用传递的结果对强化传热管的传火用性能进行了评价,提出用强化前后的传火用Nusselt数或传火用量之差ΔNue或ΔE作为强化传热性能评价指标。以工程上常用的螺旋槽管和扭带管为例,讨论了Re、量纲1热通量、量纲1壁温、不同结构参数等对强化管传火用性能的影响。采用本文得到的算式可有效评价强化管传火用效果,以便选取最佳结构参数。另一方面,考虑到目前关于管内对流换热过程的火用传递研究忽略了在工程上被认为是影响换热设备传热和流动过程的重要因素之一—污垢,然而污垢广泛存于各种换热设备中,定量地分析污垢对换热设备传火用性能的影响就显得尤为重要。本文在恒壁温/恒热流工况下分析了污垢对管内充分发展段对流换热的火用传递过程的影响,提出了反映污垢对管内对流换热火用传递过程影响的指标—传火用Nusselt数变化率η1或传火用变化率η2。讨论了管内流体Reynolds数和量纲1壁温或量纲1热通量等参数对结垢前后的传火用Nusselt数变化率或传火用变化率影响;本文为分析污垢对能量传递过程的影响提供了一个新的有效途径。