Теплотехника - Чечеткин А.В.
Скачать (прямая ссылка):
К. п. д. гц, показывает, какая доля выделенной в системе теплоты превращена в полезную работу, отданную внешнему потребителю;
'пол = Ле91. (1.220)
Очевидно,
Д<7 = (1 - Л,к'1 (1-221)
представляет собой долю теплоты дь не превращенную в работу, и включает в себя как теплоту ц2, передаваемую холодному источнику, так и потери теплоты А(/,„ обусловленные необратимостью процессов в отдельных элементах установки вследствие трения и конечной разности температур, потерями в окружающую среду и т. д. Очевидно,
А<зп ~ ^пол» (1.222)
где /ц — работа, производимая в обратном цикле.
С учетом формул (1.208) и (1.220) можно написать, что
Ад„ = Л^/1 - Л,чЧ = (л< - Л,)<?ь (1-223)
а так как максимальная обратимая работа цикла может быть получена только в обратимом цикле Карно, то, следовательно, максимальная потеря работоспособности А/„ в системе, равная максимальному значению Дд„, будет
А'„ = <?х (Л* - Ле)- (1-224)
В отличие от энергетических установок в ЭХТС наряду с машинами имеется очень много технологических аппаратов, в которых, как известно, никакой работы не производится. Однако в этих аппаратах имеются большие потери на необратимость: конечная разность температур, протекание химической реакции и т. д. В рассматриваемом методе термодинамического анализа они учитываются при определении эффективного к. п. д. Ле анализируемой установки. Однако определение этих потерь связано с большими трудностями и поэтому при термодинамическом анализе ЭХТС методом циклов очень важно оценить эффективность работы всех ее элементов — и машин и технологических аппаратов, подсчитав для каждого из них потерю на необратимость по формуле (1.207).
В соответствии с формулой (1.207) потеря работоспособности ЭХТС
Л/^тТС = Т0Алэхтс.
Изменение энтропии системы равно сумме изменений энтропии отдель ных ее элементов, т. е.
д,ЭХТС= '^"д^
1= 1
71
Умножая па температуру окружающей среды Т0, получим
А/эхтс= Год5эхтс= ?я roAs,= 'f А/ь (1.225)
т. е. величина потери работоспособности всей системы в целом равна сумме потерь работоспособности в отдельных ее элементах. Найденные значения A/j покажут, в каких элементах ЭХТС необратимые процессы вносят основной вклад в величину А/Эхтс и, следовательно, какие процессы в этих элементах системы должны быть в первую очередь усовершенствованы.
Эксергетический метод. Эксергетический метод термодинамического анализа ЭХТС основан на широком использовании эксергии. В самом общем смысле эксергия вещества есть максимальная работа, которую оно может coeepiuumb в обратимом процессе с окружающей средой в качестве источника даровой теплоты, если в конце этого процесса все участвующие в нем 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 ее качества, так как в необратимых процессах энергия не исчезает, а обесценивается. Так, например, дросселирование рабочего тела не изменяет его энергии (ht = h2), а снижает ее 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 ее решения не изменяются. В эксергетическом методе термодинамического анализа ЭХТС каждый ее элемент рассматривается как самостоятельная термодинамическая система. Эффективность работы каждого элемента ЭХТС оценивается путем сравнения эксергии на входе в этот элемент с потерей в нем работоспособности, т. е. с потерей эксергии в результате необратимых процессов, протекающих в этом элементе, и обусловленных как внутренней (потери на компенсацию в рабочем теле градиентов Ар/р, Ар/р и А Т/Т 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 дает информацию о возможности повышения совершенства во всех элементах и позволяет создать наиболее совершенную ЭХТС. Это является основной целью эксергетического метода анализа ЭХТС.
72
Виды эксергии. Эксергия делится на два основных вида, а именно: эксергия видов энергии, не характеризуемых энтропией, для которых она равна самой энергии е - Э (механическая, электрическая и др.), и эксергия видов энергии, характеризуемых энтропией е ^ Э (внутренняя энергия, энергия излучения, термомеханическая, нулевая). Эксергия последних видов энергии подразделяется на эксергию вещества в замкнутом объеме, эксергию потока вещества и эксергию потока энергии. Эксергия вещества в замкнутом объеме состоит из термомеханической (физической), нулевой (химической — в реакторах периодического действия) и излучения. Эксергия потока вещества состоит из термомеханической и нулевой. Эксергия потока энергии состоит из эксергии теплового потока и эксергии излучения.
