![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Эксергетический метод исследования
В настоящее время в термодинамике применяются два подхода к исследованию энергетических превращений в технических системах. Первый подход основан на методах анализа прямых и обратных циклов. Эти методы на основе первого и второго законов термодинамики позволяют найти связи между количествами тепла и работы и параметрами системы. Путем составления энергетического баланса системы можно найти коэффициенты, характеризующие исследуемый цикл (термодинамический кпд, холодильный коэффициент и проч.), и сравнить их с коэффициентами соответствующих идеальных циклов. В этом случае имеется возможность определить в данной системе суммарную потерю работы вследствие необратимости процессов. Эти потери могут быть разделены на две части. Первая часть, связанная с несовершенством процессов цикла, относится к внутренним потерям. Вторая часть потерь связана с условиями взаимодействия системы с внешними источниками и приемниками энергии и относится к внешним потерям. Анализ циклов при необходимости может быть дополнен определением возрастания энтропии в отдельных частях процесса, а затем по формуле Гюи-Стодолы величины потерь работы от необратимости процесса (энтропийный метод). Второй подход основан на применении термодинамических потенциалов с целью анализа процессов превращения энергии в различных системах (см. § 5.1) Термодинамические потенциалы позволяют непосредственно найти величину любого вида работы в тех или иных условиях. С их помощью можно оценить работоспособность потоков энергии или вещества в любой точке рассматриваемой системы, независимо от ее структуры и сложности. Важнейшее преимущество методов анализа, основанных на использовании термодинамических потенциалов, является их максимальная универсальность. Она связана с тем, что методы решения задачи независимы от характера процессов в анализируемой системе (круговые или разомкнутые) и от форм энергии. По мере усложнения объектов преимущества методов, использующих термодинамические потенциалы, возрастают. Однако для решения задачи использования потенциалов применительно к анализу технических систем необходимо иметь термодинамические функции, однозначно характеризующие работоспособность потоков вещества и энергии при определенных внешних условиях. Эти функции должны отличаться от характеристических функций, используемых в химической термодинамике, которые не учитывают взаимодействия потоков энергии и рабочего тела с окружающей средой (взаимодействия вне границ системы). Таким образом, для оценки работоспособности потока вещества или энергии важны не только параметры процессов внутри системы, но и их связь с окружающей средой. В связи с чем, определение потенциалов для потоков вещества или энергии должно производиться по отношению к равновесной части окружающей среды, в которой отсутствуют какие-либо потенциалы, и любое воздействие системы не может изменить ее параметров. Отсюда следует, что термодинамические функции, используемые для проведения анализа в указанных выше условиях, только тогда смогут выполнять роль потенциалов, с помощью которых можно определить работоспособность вещества или энергии в данных условиях окружающей среды, когда они наряду с параметрами системы будут включать еще и параметры окружающей среды. Мера энергетических ресурсов системы, определяющая работоспособность вещества или энергии, была названа эксергией.
Функции, определяющие величину эксергии, называются эксергетическими функциями. Эксергия, в отличие от энергии, связанной с фундаментальными свойствами материи, является частным понятием, характеризующим пригодность энергии при заданных условиях окружающей среды. Эксергетическим методом называется метод исследований, основанный на анализе потерь работоспособности в термодинамических процессах. Эксергетический метод анализа получил широкое распространение благодаря своей универсальности. Он позволяет сравнивать между собой любые виды энергии и на этой основе определять эффективность различных процессов ее превращения. Эксергетические показатели непосредственно связаны с технико-экономическими характеристиками оборудования, что позволяет находить экономически наивыгоднейшие параметры и размеры проектируемого теплоэнергетического оборудования. В настоящее время понятие «эксергия» приобрело широкий смысл как максимально возможная полезная работа термодинамической системы при совершении ею любых полностью обратимых процессов от заданного состояния до полного термодинамического равновесия с окружающей средой. Различают следующие виды эксергии: 1. Эксергию рабочего тела - для систем, включающих рабочее тело и окружающую среду. В этих системах используется внутренняя и внешняя энергия рабочего тела. Различают эксергию покоящегося рабочего тела и его потока. 2. Эксергию потока энергии, включающую эксергию теплоты (для систем, состоящих из источника теплоты, рабочего тела и окружающей среды).
|