1.3.7. Эксергия потока рабочего тела

Если единица массы установившегося потока рабочего тела на входе в канал имеет параметры – u₁, v₁, s₁, T₁, p₁, а на выходе u₂, v₂, s₂, T₂, p₂, а параметры окружающей среды – u_о, v_о, s_о, T_о, p_о, то работа потока (работа проталкивания в окружающую среду), при отсутствии равновесия с окружающей средой будет определяться из следующего выражения:

. (1.91)

Кроме того, единица массы потока рабочего тела обладает кинетической энергией в количестве , которая в состоянии равновесия с окружающей средой принимает нулевое значение. При учете работы проталкивания и кинетической энергии рабочего тела, удельная максимально возможная работа установившегося потока после обратимого перехода из состояния 1 в состояние равновесия с окружающей средой будет равна

. (1.92)

Из формулы (1.92) выясняется, что максимальная работа является однозначной функцией системы, зависящей от начальных параметров системы и параметров окружающей среды.

Снижение работоспособности потока между фиксированными состояниями 1 и 2 его пути определяются по формуле

. (1.93)

В случаях, когда можно пренебречь изменением скорости, последняя формула для величины потери эксергии имеет вид

. (1.94)

1.3.8. Эксергия потока теплоты

При термодинамическом анализе теплоэнергетических установок приходится оценивать работоспособность той теплоты, которая преобразуется в работу в циклах. Максимальное количество полезной работы, которую можно получить в цикле при заданных температурах источников теплоты, называется работоспособностью (эксергией) теплоты.

Как известно, максимальную работу L_max можно получить в тепловом двигателе, работающем по циклу Карно, термический КПД для которого имеет вид

, (1.95)

где Т₁ и Т₂ – соответственно температура подвода теплоты к рабочему телу и температура отвода теплоты от него;

q₁ – подведенное к рабочему телу количество теплоты;

L_max – максимальное количество работы, которое можно получить в обратимом цикле

, (1.96)

где E_max – максимальная эксергия.

Из формулы (1.96) видно, что для получения полезной работы используется лишь часть количества теплоты q₁. Другая часть, равная величине , - рассеивается в окружающей среде.

Если учитывать потери, возникающие вследствие необратимости реального процесса и равные Т₂·ΔS_необр, действительная работа (эксергия) всегда меньше E_max, т.е.

. (1.97)

Часть теплоты q₁, не превращающаяся в работу и равная величине , называется анергией.

Следует подчеркнуть, что суть эксергетического метода та же, что и энтропийного – подсчет потерь работоспособности.

Для количественной оценки степени термодинамического совершенства того или иного теплоэнергетического устройства используется понятие эксергетического КПД, определяемого как

, (1.98)

где Е_вх и Е_вых – соответственно эксергия потока теплоты при входе в теплоэнергетическое устройство и выходе из него;

L_полезн – работа, совершаемая в данном теплоэнергетическом устройстве.

Для тепловых устройств, не производящих полезной работы (например, для теплообменников), определение эксергетического КПД осуществляется по следующей формуле:

. (1.99)