Эксергетический метод для обратного цикла

Работоспособность (максимальная полезная работа, эксергия) системы, состоящей из источника работы и окружающей среды определяется выражением:

l_max = e =(i₁ – i₀) – T₀(s₁ – s₀). (64)

Здесь индексы 1 и 0 относятся соответственно к начальному (неравновесному) и конечному (равновесному) состояниям этой системы, а Т₀ –температура окружающей среды.

Общий вид технического совершенства машины, работающей по обратному циклу, является его КПД:

, (65)

где – эксергия вырабатываемого холода или теплоты; – полная энергия, затраченная в установке.

При анализе холодильного (обратного) цикла принимается, что давление окружающей среды р₀ = 100 кПа, температура окружающей среды t₀ = 20 С (Т₀ = 293 К), температура хладоносителя (ХН), отдающего теплоту холодильному агенту (ХА), принимается равной температуре ХН на выходе из испарителя , С (, К).

Для построения диаграммы эксергетического баланса требуется вычислить потери эксергии в отдельных узлах установки. Параметры, необходимые для расчета, определяются из диаграмм или таблиц термодинамических свойств рабочего тела.

Вычисление эксергии потока в узловых точках реального цикла проводится по формуле (64): e₁, e₆, e_2д, e₄, e₅.

е₁=(1650,2-841,4)-293(8,7584-5,482)= -151,2,

е₂=(1952-841,4)-293(8,84-5,482)=126,12,

е₄=(613,4-841,4)-293(4,718-5,482)= -4,15,

е₅=613,4-841,4-293(4,81-5,482)= -31,104,

е₆=1671,4-841,4- 293(8,84-5,482)= -153,9,

е_2д=2001,2-841,4-293(8,962-5,482)=140,16.

Изменение эксергии холодильного агента в испарителе

=

= -151,2+31,104= -120,096.

Это изменение эксергии складывается из двух составляющих: часть эксергии отводится с хладоносителем, который имеет температуру (это полезный расход эксергии)

=1036,8(1-293/271)= -84,16.

Другая часть эксергии теряется из-за необратимости процесса теплообмена в испарителе

= -120,096+84,2= -35,896,

в данном процессе необратимость увеличивает эксергию системы, так как температура из-за необратимости еще больше становится ниже температуры окружающей среды.

Изменение эксергии потока в паропроводе:

= -153,9+151,2= -2,7.

Работа установки обеспечивается подводом электроэнергии в компрессоре. Удельное количество подводимой эксергии равно

=343,5.

Внутренние и внешние потери эксергии в компрессоре составят

= -62,86.

Изменение эксергии холодильного агента в конденсаторе

=

=-4,15-126,12= -130,3.

Это изменение эксергии происходит по двум причинам: часть эксергии отводится (теряется) с охлаждающей водой, температура которой ниже температуры конденсации и равна температуре на входе в конденсатор :

=133,64(1- 293/303)=44,17;

другая часть теряется из-за необратимости процесса теплообмена

= -130,3-44,17=-174,5.

Потери эксергии из-за необратимости при дросселировании, когда :

= -31,104+4,15= -26,954.

Эксергетический КПД холодильной установки, %:

= -84,2/343,5*100= -24,5.

Потери эксергии составляют (%):

в компрессоре

= -18,3;

с водой, охлаждающей конденсатор

=44,2/343,5*100=12,87;

от необратимости в конденсаторе

= -203,36/343,5*100= -59,2;

от необратимости при дросселировании

= - 26,954/343,5*100= -7,8;

в испарителе

= -35,896/343,5*100= -10,45;

в паропроводе

= -2,7/343,5*100= -0,79.

Уравнение эксергетического баланса

,

343,5= -35,896-62,86-2,7+44,17-174,5-26,954-84,16

343,5=-342,9

На основании уравнения эксергетического баланса для данной парокомпрессионной установки необходимо построить диаграмму распределения потоков эксергии (рис. 4).