Эксергия теплоты

Эксергией теплоты, переданной от горячего источника тепла с температурой T к рабочему телу, называется максимальная работа, которая может быть получена за счет этой теплоты при условии, что холодным источником является окружающая среда с температурой T_оc.

Максимальную работу (рис. 3.7) можно получить, если осуществить цикл Карно (1-2-3-4) в данном интервале температур T - T_оc .

Теплота, воспринятая рабочим телом от горячего источника, равна

.

Эксергия теплоты вычисляется следующим образом:

,

(3.12)

где - анергия, непревратимая в работу часть теплоты.

Термический КПД цикла Карно равен

,

откуда

.

(3.13)

Таким образом, эксергия теплоты, полученной от источника теплоты с постоянной температурой T, может быть раcсчитана по формулам (3.12) и (3.13).

В том случае, когда источник теплоты имеет переменную температуру (рис. 3.8) (например, горение топлива происходит при постоянном давлении с увеличением T), применимы формулы (3.12) и (3.14):

, (3.14)

где средняя термодинамическая температура подвода теплоты в процессе 1-2.

При передаче теплоты от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой (внешний необратимый процесс) эксергия теплоты уменьшается.

Пусть (рис. 3.9) теплота q передается от тела с температурой T₁ к телу с температурой T₂. Переданная теплота характеризуется одинаковыми площадями в T - s- диаграмме:

q = Площ. 1-2-3-4 = Площ. 1-5-6-7. Эксергия теплоты уменьшилась (Площ. m- 5-6-9 < Площ. m- 2-3-8) на величину потерянной эксергии (Площ. 4 – 8 –9 -7).

Таким образом, потеря эксергии составляет

,

(3.15)

где Ds_H –увеличение энтропии от необратимости процесса теплообмена.

Уравнение (3.15), которое называют уравнением Гюи - Стодолы, имеет важное значение, т.к. характеризует потерю эксергии любых необратимых процессов.