Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Эксергия
Второй закон термодинамики определяет направление, в котором протекают процессы, устанавливает условия преобразования тепловой энергии в механическую, а также определяет максимальное значение работы, которая может быть произведена тепловым двигателем. Математически второй закон термодинамики может быть выражен следующим образом: (5.1) где – бесконечно малое приращение энтропии системы; – бесконечно малое количество теплоты, полученное системой от источника теплоты. Знак равенства соответствует обратимым процессам, знак неравенства – необратимым. Чем выше степень необратимости процессов, тем сильнее возрастание энтропии. Первый и второй законы термодинамики для обратимых процессов могут быть записаны совместно в виде термодинамических тождеств: ; (5.2) . (5.3) Эксергия системы – это максимальная работа, которую может совершить система при переходе в состояние равновесия с окружающей средой. Эксергетический анализ работы теплоэнергетических и технологических установок учитывает не только количественные, но и качественные характеристики энергоресурсов в различных элементах установок, а также необратимость протекающих в них процессов. Эксергия тепла термодинамического процесса , Дж находится как , (5.4) где Q – теплота термодинамического процесса, Дж; – изменение энтропии рабочего тела, Дж/К; Т 0 – температура окружающей среды, К. Эксергия является экстенсивной функцией состояния, поэтому удельная эксергия тепла , Дж/К определяется как . (5.5) Графически удельная эксергия тепла представлена на рис 5.1. Общая площадь под кривой процесса 1–2 соответствует количеству удельной теплоты процесса q. Она состоит из эксергии тепла процесса (площади, заштрихованной вертикальными линиями) и неработоспособной части тепла (площади, заштрихованной горизонтальными линиями).
Рис. 5.1. Эксергия тепла термодинамического процесса
Потери работоспособности (эксергетические потери) за счет необратимости процессов, протекающих в системе, определяются по формуле Гюи-Стодолы , (5.6) где – полное приращение энтропии всех подсистем, входящих в данную систему. Если в исходном состоянии термодинамическая система имеет параметры U, S, V, а в конечном – находится в равновесии с окружающей средой и имеет параметры , то эксергия неподвижной термодинамической системы E определяется как , (5.7) а удельная эксергия e неподвижной системы как , (5.8) где – параметры окружающей среды. Для неподвижной системы, совершающей некоторый обратимый процесс 1–2, максимальная работа равна убыли эксергии:
. (5.9) Тогда для необратимого процесса уравнение баланса эксергии примет вид , (5.10) то есть при переходе из состояния 1 в состояние 2 эксергия системы расходуется на совершение работы L, а часть работоспособности теряется из-за необратимости процессов. При нахождении эксергии потока вещества в форме Лагранжа система координат движется вместе с потоком. Если начальные параметры потока H, S, а конечные соответствуют состоянию равновесия потока с окружающей средой , то выражение для эксергии потока в форме Лагранжа имеет вид , (5.11) а для удельной эксергии потока : . (5.12) Максимальная внешняя работа совершается за счет убыли эксергии потока . (5.13) Эксергетические потери находятся также по формуле Гюи-Стодолы , (5.14) тогда уравнение баланса эксергии потока имеет вид . (5.15)
Задачи 5.1. Вычислить эксергию тепла изобарного процесса нагрева воздуха от температуры 20 оС до температуры 900 оС, если теплоемкость воздуха ср = 1 кДж/кг, а температура окружающей среды 15 оС.
|