Эксергия потока теплоты

При термодинамическом анализе теплоэнергетических установок приходится оценивать работоспособность той теплоты, которая преобразуется в работу в циклах. Максимальное количество полезной работы, которую можно получить в цикле при заданных температурах источников теплоты, называется работоспособностью (эксергией) теплоты.

Как известно, максимальную работу L_max можно получить в тепловом двигателе, работающем по циклу Карно, термический КПД для которого имеет вид

, (1.95)

где Т₁ и Т₂ – соответственно температура подвода теплоты к рабочему телу и температура отвода теплоты от него;

q₁ – подведенное к рабочему телу количество теплоты;

L_max – максимальное количество работы, которое можно получить в обратимом цикле

, (1.96)

где E_max – максимальная эксергия.

Из формулы (1.96) видно, что для получения полезной работы используется лишь часть количества теплоты q₁. Другая часть, равная величине , - рассеивается в окружающей среде.

Если учитывать потери, возникающие вследствие необратимости реального процесса и равные Т₂·ΔS_необр, действительная работа (эксергия) всегда меньше E_max, т.е.

. (1.97)

Часть теплоты q₁, не превращающаяся в работу и равная величине , называется анергией.

Следует подчеркнуть, что суть эксергетического метода та же, что и энтропийного – подсчет потерь работоспособности.

Для количественной оценки степени термодинамического совершенства того или иного теплоэнергетического устройства используется понятие эксергетического КПД, определяемого как

, (1.98)

где Е_вх и Е_вых – соответственно эксергия потока теплоты при входе в теплоэнергетическое устройство и выходе из него;

L_полезн – работа, совершаемая в данном теплоэнергетическом устройстве.

Для тепловых устройств, не производящих полезной работы (например, для теплообменников), определение эксергетического КПД осуществляется по следующей формуле:

. (1.99)

Вопросы для самопроверки

1. Какой цикл называется прямым и какой обратным?

2. С помощью каких величин определяют степень совершенства прямых и обратных циклов?

3. Из каких процессов состоит цикл Карно?

4. Сформулируйте теорему Карно?

5. Какой цикл называется регенеративным?

6. Как влияет необратимость на процесс преобразования теплоты в работу?

7. В чем сущность второго закона термодинамики?

8. Приведите различные формулировки второго закона термодинамики.

9. Приведите аналитическое выражение второго закона термодинамики?

10. В чем сущность статистического истолкования второго закона термодинамики.

11. Как связаны энтропия и термодинамическая вероятность состояния?

12. В чем заключается различие между адиабатным и изоэнтропным процессами? В каких случаях адиабатный процесс является одновременно и изоэнтропным?

13. Что такое эксергия теплоты?

14. Приведите выражение для эксергетического КПД.

15. Как идут линии основных процессов в Ts – диаграмме идеального газа?

16. Приведите формулы для расчета изменения энтропии идеального газа в различных процессах.

17. Как строится абсолютная термодинамическая шкала температур?