1. Введение

Термодинамические функции, предназначенные для проведения анализа в системе должны включать в себя наряду с параметрами рабочего тела или потока энергии ещё и параметры равновесной окружающей среды.Тогда эти функции смогут выполнять роль потенциалов, позволяющих в любом случае определить энергетические ресурсы системы или её части, пригодные для получения работы в данных условиях окружающей среды.

Величина, определяющая пригодность к действию (работоспособность) ресурсов вещества и энергии, была названа эксергией, а функции, определяющие её значение, - эксергетическими функциями.

Эксергия – это свойство термодинамической системы или потока энергии, определяемое (характеризуемое) количеством работы, которое может быть получено внешним приемником энергии при обратимом их взаимодействии с окружающей средой до установления полного равновесия.

Термин эксергия был введён в 1956 году З. Рантом по предложению Р. Планка. Он состоит из двух частей: греческого слова ergon – работа, сила, и приставки ex, означающей «из» , «вне». Термин «эксергия» удовлетворяет всем необходимым требованиям к международному термину: он краток и соответствует по смыслу обозначаемому понятию.

Понятие эксергия существенно отличается от понятия энергии. В то время как энергия связана с фундаментальными свойствами материи, эксергия представляет собой хотя и важное, но частичное понятие, которое характеризует одну из сторон, граней энергии – её превратимость, пригодность в данных условиях, окружающей среды, параметры которой независимы от воздействия рассматриваемой системы. Эксергия позволяет решать широкий круг технических и технико – экономических задач на основе единой, логически последовательно построенной термодинамической методики.

Место эксергии в круге термодинамических понятий определяется методической стороной. Одно из направлений её развития – совершенствование методов теоретического описания уже известных закономерностей путём свёртывания их во всё более общие ёмкие образы и понятия.

В термодинамике введение функций – потенциалов, таких, как энтальпия, энергия Гиббса, энергия Геймгольца, позволяет без каких - либо дополнительных вычислений определять работу в соответствующих условиях. К этой же группе относится и эксергия вещества, с введением которой в науку начал развиваться эксергетический метод.

Эксергетический метод или отдельные его задачи имеют очень долгую историю. Впервые термин availability (пригодность, возможность использования) был употреблён в работах П. Тейта, Дж. Максвелла, У. Томпсона. После многочисленных исследований в 1932 г. Дж. Кинан исследовал свойства эксергетической функции, предложил и построил

первую диаграмму с эксергией в качестве ординаты для водяного пара. В 1933 г. Эксергетические функции впервые применены для термодинамического анализа низкотемпературных процессов. Разработка практических приложений эксергетического метода ведётся одновременно в многочисленных направлениях.

Эксергетический метод термодинамического анализа ЭХТС основан на широком использовании эксергии. Эксергия вещества есть максимальная работа, которую оно может совершить в обратимом процессе с окружающей средой в качестве источника даровой теплоты, если в конце этого процесса все участвующие в нём виды материи переходят в состояние термодинамического равновесия со всеми компонентами окружающей среды.

Эксергетический метод является универсальным способом термодинамического исследования различных процессов преобразования энергии в ЭХТС. Все реально протекающие процессы – необратимые, и в каждом случае необратимость является причиной снижения совершенства процесса. Это происходит не из за потери энергии а из за понижения её качества, так как в необратимых процессах энергия не исчезает а обесценивается. Так, например дросселирование рабочего тела не изменяет его энергии, а снижает её пригодность к совершению работы или использованию в теплообменниках. Таким образом, каждое необратимое явление это причина безвозвратной потери энергии. Универсальность эксергетического метода термодинамического исследования ЭХТС следует рассматривать в том смысле, что характер процессов анализируемой системы ( например, круговой или разомкнутый ) не имеет принципиального значения: подход к решению задачи и метод её решения и метод её решения не изменяются. В эксергетическом методе термодинамического анализа ЭХТС каждый её элемент следует рассматривать как самостоятельную термодинамическую систему.

Эффективность работы каждого элемента ЭХТС оценивается путём сравнения эксергии на входе в этот элемент с потерей в нём работоспособности, то есть с потерей эксергии в результате необратимых процессов, протекающих в этом элементе и обусловленных как внутренней ( потери на компенсацию в рабочем теле градиентов давления, плотности и температур и трение о стенки канала ), так и внешней ( потери на конечную разность температур при теплообмене ) необратимостью. Таким образом, при определении потерь эксергии в каждом элементе исследуемой ЭХТС выявляются и количественно оцениваются причины несовершенства

протекающих в них процессов, что даёт информацию о возможности повышения совершенства во всех элементах и позволяет создать наиболее совершенную ЭХТС. Это является основной целью эксергетического метода анализа ЭХТС.