Эксергия потока рабочего тела
Рабочее тело, или поток рабочего тела, с параметрами p и T, отличными от параметров окружающей среды pоc и Toc, обладает эксергией. Эксергией потока рабочего тела с параметрами p и T называют максимальную работу, которую можно получить от потока в процессе его обратимого перехода в состояние равновесия с окружающей средой. Обратимый переход из состояния 1 (рис. 3.10) в состояние 0 состоит из адиабатного (1-a) и изотермического (a – 0) процессов расширения рабочего тела до состояния равновесия с окружающей средой. Следовательно, эксергия потока рабочего тела . (3.16) Вычисляя работы на этих участках, имеем
Подстановка (3.17) и (3.18) в (3.16) дает или в более общем виде
где h и s – параметры рабочего тела при p и T; hoc и soc – параметры рабочего тела при poc и Toc. 3.7. Связь работы обратимого процесса с эксергией. Для обратимого процесса расширения рабочего тела 1-2 (рис. 3.11) можно записать следующие уравнения:
Совместное их решение дает формулу
согласно которой работа любого обратимого процесса определяется значениями эксергий начального и конечного состояний и эксергией теплоты процесса. Реальные процессы необратимы. В процессах расширения получается меньшая работа (lд < l). Разность работ обратимого (l) и необратимого (lд) процессов представляет собой потерю эксергии
Для процессов расширения и сжатия справедливо выражение
Формулы (3.12), (3.19), (3.25) лежат в основе эксергетического анализа процессов и циклов тепловых двигателей и аппаратов. Эксергетический КПД Эксергетический КПД теплового двигателя или аппарата учитывает все потери данного устройства и рассчитывается по формуле
где exподв – затраченная энергия, полностью превратимая в другие виды энергии, exотв – полученная (полезная) энергия. Разность между ними представляет собой потерю эксергии
С учетом выражения (3.27) формулу (3.26) можно представить в следующем виде:
Эксергетический КПД является характеристикой термодинамического совершенства реальных процессов и циклов, протекающих в энергетическом оборудовании. Методические указания 1. Теплота и работа представляют собой формы передачи энергии и могут переходить друг в друга. Работа (механическая энергия) полностью превращается в теплоту. Теплоту же полностью превратить в механическую энергию нельзя. На вопрос, «какую часть теплоты можно превратить в работу?», дает ответ второй закон термодинамики. Этот закон также определяет направление естественных процессов (формулировки Клазиуса, Больцмана) и характеризует качественную сторону процессов преобразования теплоты в работу. Показателем качества тепла является эксергия. В отличие от первого закона термодинамики, являющегося абсолютным законом природы, справедливым как для макромира, так и для микромира, второй закон термодинамики получен на основании опыта для макросистем в условиях Земли и не может произвольно распространяться как на бесконечную Вселенную, так и на микромир. 2. Обратите внимание: для обратимого цикла Карно температура горячего источника (Tги) и температура подвода теплоты к рабочему телу (T1) совпадают - Tги = T1; температура холодного источника (Tхи) и температура отвода теплоты от рабочего тела (T2) совпадают - Tхи = T2. Следовательно, процессы теплообмена между рабочим телом и источниками тепла – внешне обратимые. Адиабатные процессы сжатия и расширения рабочего тела – внутренне обратимые (без трения). В реальных циклах все эти процессы необратимы. Вопросы и задачи 1. В чем суть известной в философии концепции “тепловой смерти Вселенной” с позиций второго закона термодинамики? 2. Назовите известные Вам формулировки второго закона термодинамики и запишите его математическое выражение для обратимых и необратимых процессов. 3. Что такое эксергия? Можно ли утверждать, что потеря эксергии определяет уменьшение работоспособности термодинамической системы? 4. Дайте понятия термического и эксергетического КПД. Могут ли эти КПД быть равными единице, и при каких условиях? 5. Чтобы испарить 1 кг кипящей воды при давлении 760 мм рт. ст., необходимо подвести 2257 кДж/кг теплоты. Рассчитайте изменение энтропии в этом процессе. Какова эксергия подводимой теплоты, если температура окружающей среды равна 20 0С? 6. В паровом котле теплота в количестве 1000 МВт передается от дымовых газов с температурой 2000 0С к воде и водяному пару со средней температурой 350 0С. Рассчитайте потерю эксергии, если температура окружающей среды равна 0 0С. 7. Для цикла Карно известны: температура подвода тепла 500 0С, температура отвода тепла 20 0С, работа цикла l = 820 кДж/кг. Рассчитайте подводимую теплоту (q1)и изменение энтропии в цикле (Ds). Ответы 4.Термический КПД - характеристика обратимых циклов. Он не может быть равным 1, т.к. невозможно всю подводимую теплоту превратить в работу. Эксергетический КПД характеризует степень необратимости реальных процессов и циклов, и он может быть равен 1 для обратимых процессов и циклов. 5.Ds = 6,05 кДж/(кг.К), exq = 484,1 кДж/кг. 6.Dexпот = 318,1 кДж/кг. 7.q1 = 1320 кДж/кг,Ds = 1,708 кДж/(кг.К). 4. ПАРАМЕТРЫ И ПРОЦЕССЫ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ
Популярное: Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1382)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |