13.Потеря работоспособности от необратимости процессов. Уравнение Гюи-Стадолы
Работа,
совершаемая рабочим телом в теплосиловой
установке, обычно меньше максимальной
полезной работы
на величину эксергии рабочего тела,
покидающего систему –Э2.
Термодинамическая система может также получать первичную энергию от источника в форме работы (lист) и превращать ее в полезную работу или использовать для увеличения работоспособности рабочего тела. Тогда выражение для расчета максимальной полезной работы, которая может быть получена от термодинамической системы, примет вид:
,
где
- эксергия рабочего тела на входе в ТС;
- эксергия рабочего тела на выходе из
ТС;
- эксергия теплоты;lист
- первичная энергия в форме работы
всех видов.
Необратимость
процессов преобразования энергии
приводит к уменьшению максимальной
полезной работы, отдаваемой потребителю,
на величину эксергетических потерь:
.
Это выражение называется законом Гюи-Стодолы и формулируется так: «Потери полезной работы, вызванные наличием необратимых процессов, равны произведению температуры окружающей среды на приращение энтропии всех участвующих в процессах тел».
С учетом этих потерь фактическая работоспособность системы будет равна:
.
Для оценки влияния необратимости процессов преобразования энергии на потери полезной работы может использоваться метод эксергетических потоков. Согласно этому методу подсчитываются потоки эксергии рабочих тел, входящих в систему (Э1), эксергии подводимой теплоты (Эq), эксергии рабочих тел, покидающих систему (Э2) и подводимой или отводимой организованной энергии в форме работы всех видов (lист). При этом термодинамическое совершенство системы характеризуется эксергетическим коэффициентом полезного действия (кпд):
,
где ЭП– полезно используемая
эксергия; пересекающая границу системы;Эз– затрачиваемая
эксергия.
14.Понятие об эксергии. Виды эксергии.Термомех. Эксергия
Эксергия (эксэргия; от греч. ek, ех — приставка, означающая высокую степень, и греч. ergon — работа) — часть энергии, равная максимальной полезной работе, которую может совершить термодинамическая система при переходе из данного состояния в состояние равновесия с окружающей средой. Эксергией иногда называется работоспособность системы. Использование понятия эксергии даёт возможность количественно определить влияние неравновесия термодинамических процессов на эффективность преобразования энергии, то есть позволяет вычислять особенности второго начала термодинамики: выделить ту часть энергии, которая не может быть использована из-за газодинамических явлений, трения, теплообмена. Такой подход даёт возможность анализировать степень термодинамического совершенства того или другого элемента установки и не требует предварительной оценки работоспособности всей установки в целом.
Если в системе есть только источник теплоты с температурой Т и окружающая среда с температурой Т o, то единственная возможность получить максимальную работу, отобрав от источника теплоту Q, состоит в том, чтобы между источником теплоты и окружающей средой осуществить с помощью какого-либо рабочего тела прямой цикл Карно. При этом в работу будет превращена часть тепла, равная к.п.д. этого цикла Карно, то есть эксергия теплоты будет равна
E = Q(1— T o / T)
Помимо эксергии теплоты, существуют и эксергия потока вещества, химическая и другие виды эксергии и методики их определения.