8. Эксергия

Основываясь на втором начале термодинамики, установим количествен­ное соотношение между работой, кото­рая могла бы быть совершена системой при данных внешних условиях в случае протекания в ней равновесных процес­сов, и действительной работой, произво­димой в тех же условиях, при неравно­весных процессах.

Рассмотрим изолированную систему, состоящую из горячего источника с тем­пературой холодного источника (ок­ружающей среды) с температурой и рабочего тела, совершающего цикл.

Работоспособностью (или эксэргией) теплоты , отбирае­мой от горячего источника с температу­рой , называется максимальная полез­ная работа, которая может быть полу­чена за счет этой теплоты при условии, что холодным источником является окру­жающая среда с температурой .

Из предыдущего ясно, что макси­мальная полезная работа теплоты представляет собой работу равновес­ного цикла Карно, осуществляемого в диапазоне температур -

(16)

где .

Таким образом, эксэргия теплоты

(17)

т. е. работоспособность теплоты тем больше, чем меньше отношение . При она равна нулю.

Полезную работу, полученную за счет теплоты горячего источника, можно представить в виде , где Q₂ - теплота, отдаваемая в цикле холодному источнику (окружающей сре­де) с температурой .

Если через обозначить прира­щение энтропии холодного источника, то , тогда

(18)

Если бы в рассматриваемой изолиро­ванной системе протекали только равно­весные процессы, то энтропия системы оставалась бы неизменной, а увеличение энтропии холодного источника рав­нялось бы уменьшению энтропии горяче­го . В этом случае за счет теплоты можно было бы получить максималь­ную полезную работу

(19)

что следует из уравнения (18).

Действительное количество работы, произведенной в этих же условиях, но при неравновесных процессах, определя­ется уравнением (18).

Таким образом, потерю работоспо­собности теплоты можно записать как , но разность представляет собой изменение энтропии рассматривае­мой изолированной системы, поэтому

(20)

Величина определяет потерю работы, обусловленную рассеиванием энергии вследствие неравновесности про­текающих в системе процессов. Чем больше неравновесность процессов, ме­рой которой является увеличение энтро­пии изолированной системы , тем меньше производимая системой работа.

Уравнение (20) называют уравне­нием Гюи - Стодолы по имени француз­ского физика М. Гюи, получившего это уравнение в 1889 г., и словацкого тепло­техника А. Стодолы, впервые применив­шего это уравнение.

ЛЕКЦИЯ 5. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ В ЗАКРЫТЫХ СИСТЕМАХ

План

1. Изохорный процесс.

2. Изобарный процесс.

3. Изотермический процесс.

4. Адиабатный процесс.

5. Политропный процесс.

Литература:

1. Теплотехника / Баскаков А. П., Берг В. В., Вит О. К. и др. - М.: Энергоиздат, 1991.- 224 с.

2. Теплотехника / Хазен М. М., Матвеев Г Д., Грицевский М. Е. и др.- М.: Высш. школа,1981.- 480 с.

3. Швец И.Т., Толубинский В.И., Алабовский А.Е. и др. Теплотехника - К.: "Вища школа", Головное изд - во, 1976.- 517 с.

4. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. Учебн. Пособие для вузов.- 3-е изд.- М.: Высшая школа, 1980.- 469 с.

5. Кафаров В.В. Основы массопередачи. Учеб. пособие для вузов.- М.: Высшая школа, 1972.- 494 с.

Основными процессами, весьма важ­ными и в теоретическом, и в прикладном отношениях, являются: изохорный, протекающий при постоянном объеме; изобарный, протекающий при посто­янном давлении; изотермический, происходящий при постоянной темпера­туре; адиабатный - процесс, при ко­тором отсутствует теплообмен с окружа­ющей средой, и политропный, удов­летворяющий уравнению p ⁿ = const.

Метод исследования процессов, не зависящий от их особенностей и являю­щийся общим, состоит в следующем:

• выводится уравнение процесса, уста­навливающее связь между начальными и конечными параметрами рабочего тела в данном процессе;

• вычисляется работа изменения объема газа;

• определяется количество теплоты, подведенной (или отведенной) к газу в процессе;

• определяется изменение внутренней энергии системы в процессе;

• определяется изменение энтропии системы в процессе.