Крутов В.И. - Техническая термодинамика (1062533), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Были предложены также диаграммы, на которых эксергия выбра-. на в качестве одной из координат (энтропия — эксергия, энтальпия— эксергия и др.). Однако каждая из таких диаграмм действительна только при одних, определенных параметрах окружающей среды В„Т„. что значительно ограничивает нх применение. В этом отношении з(-диаграмма более удобна, так как для определения эксергии при изменении условий окружающей среды с р„Т, на р«, То достаточно провести новую линию Ш.окружающей среды при р«и Т«. Значение эксергии рабочего тела' Э,' в состоянии 1 в новых условиях изображается отрезком прямой 1с'.
б! 41. Влияние необратимости на работоспособность термодинамических систем. Эксергетические потери и эксергетический КПД Любая необратимость процессов преобразования энергии приводит к уменьшению фактической работы, отдаваемой потребителю, по сравнению о максимально возможной работой, определяемой уравнениями -(736), (739), (740). Потери возможной работы при этом выражаются через изменения энтропии, вызванные необратимостью процессов. Как известно, уравнение первого закона термодинамики в форме (48) справедливо как для равновесных, так и для неравновесных процессов, если под 1, и о понимаются соответственно количества внешней работы и внешней теплоты, т.
е. количества энергии, переходящие между систем«ц1 и телами окружающей среды. Поэтому выражение для работы проточной системы пригодно не только для равновесных, но и для неравновесных процессов. различие состоит в том, что при наличии необратимых (индекс «н») процессов Лз" .> О.. (743) Поэтому фактическая работоспособность системы уменьшается по сравнению с максимальной на величину го ба (744) 873 которая получила название гксгргетиыгских потерь. В этом случае (, =- (,.'" — 7, бз "'.
(745) Уравнение (745) выражает з а к о н Г ю и — С т о д о л ы и свидетельствует о том, что уменьшение полезной работы, вызванное наличием необратимых процессов, равно призведению температуры окружающей среды на приращение энтропии всех участвующих в процессах тел. Введение и использование понятия эксергии дает возможность количественно определить влияние неравновесности термодинамических процессов на эффективность' преобразования энергии.
Уравнение (?45) показывает, что необратимость уменьшает количество энергии, которое может быть получено в форме работы. Уравнение (744) позволяет найти эти потери. Установки, работающие полностью обратимо, не обладают такими потерями и являются с термодинамической точки зрения идеальными. Степень термодннамического совершенства реальных установок определяется тем, насколько велики в этих установках эксергетические потери, вызванные необратимостью. В настоящее время для оценки влияния необратимости используются два метода. В основу м е т о д а э к с е р г е т и ч е с,к и х п от о к о в положен подсчет потоков эксергии рабочих тел, входящих в систему, подводимой теплоты и потоков эксергии, покидающих систему.
При этом учитываются эксергия потока рабочего тела по уравне. иию (737), эксергия потоков теплоты по уравнению (738), а также подводимая и отводимая организованная энергия!я, т. е. работа всех видов. Для определения эксергии рабочих тел и теплоты удобно использовать эксергетнческие диаграммы: Если рабочее тело, покидающее систему,'имеет ненулевую эксергию, то она учитывается только в тех случаях, когда рабочее тело предназначено для получения от него раг боты в каких-либо других установках (например, сжатый воздух от компрессора, предназначенный для привода пневматических машин). При наличии необратимых процессов в системе суммарный поток отводимой эксергии всегда меньше суммарного потока Ъодводимой эксергии на величину эксергетических потерь. Термодинамическое совершенство системы характеризуется аксгргетиыескил КПД ЧЭ Зьолеын/Ззатм (746) определяемым в виде отношения полезно используемой эксергии, пересекающей границу системы, к затрачиваемой эксергии.
М е т о д э к с е р г е т и ч е с к и х п о т е р ь основан на подсчете эксергетических потерь в пределах каждого участка (узла) сис1емы по уравнению (744). Для этого требуется определить увеличение энтропии под действием необратимости в каждом узле. Вследствие.аддитивности энтропии и постоянства температуры Т, общая потеря эксергии в системе равна сумме эксергетических потерь в отдельных узлах. Относительное влияние необратимости процессов в отдельном узле на снижение общей термодинамической эффективности системы характеризуется коэффициентом аксергетических потерь, представляю- '„щим собой отношение потерь эксергии иа данном участке к полной эк.
' сергии', вводимой в систему: а1 = П11Э„. (747) Можно также рассматривать коэффициент эксергетических потерь, отнесенный к эксергии, входящеи~ в данный 'узел установки: а = П,(Э„,. (748) Коэффициент эксергетических потерь системы связан в ее полным эксергетическим КП)2 простым соотношением а1а ( ~(а1 (749) б 442.
Эксергетический анализ работы тепловых машин Для иллюстрации применения в термодинамике методов эксерге. тического анализа ниже приводится ряд примеров оценки термодинамических процессов или работы элементов тепловых установок с использованием понятия эксергии. !. Процессы адиабатиого расширения рабочего тела с совершением работы, происходящие в реальных устройствах, например при ускорении потока газа в соплах, при. расширении газа или пара в Э турбинах, детандерах и т. п., 1 У ! всегда характеризуются наля. чием некоторой необратимости, 52 ' вызванной трением в потоке.
Я а Это приводит к возрастанию энтропии рабочего тела и к умень- д аа шеиию фактической работы в 1г „2' а)а '32 процессе. Таким образом, реаль- в ный адиабатный процесс ие является изоэитропным процессом. 6$2 Потерю работы, вызванную ие- йа обратимостью, можно определить с помощью м'-диаграммы, если начальное и конечное со. а стояния рабочего. тела являются Рис 161, Потери аксергни прп птобратыравновесными и могут быть изо- иом влпабатном расширении бражены на диаграммах состояния. Линия самого процесса может быть изображена на диаграммах лишь условно, так как промежуточные состояния рабочего тела в ходе процесса не являются равновесными.
Рассмотрим адиабатное расширение рабочего тела от начально~о р, до конечного давления ра. При отсутствии необратимости процеса 1-2' на рис. 167 является изоэнтропным. Располагаемая работа в этом случае равна разности энтальпнй начального и конечного состояний рабочего тела и одновременно разности эксергий в этих же состояниях.
Следовательно, 10. 1.2' = 11 12' = 31 32' ° З75 палнчне необратимости, вызванной действием трения в потоке, приводит к возрастанию энтропии рабочего тела на величину бз„, в результате чего конечное состояние рабочего тела изобразится точ. '-кой 2, расположенной на изобаре конечного давления р,.
Располагаемая работа в реальном процессе по-прежнему равна разности энтальпий начального и конечного состояний 1рп-г = 1г — 14 и изображается длиной отрезка!а. Вследствие роста энтропии процесс сопровождается эксергетическими потерями, которые подсчитываются по формула (744). Так как линия Э, = сопз1 параллельна линии Эр = 0 сопз1, а тангенс угла наклона этих линий к оси абсцисс равен Т„то из треугольника 2аЬ определяется потеря работоспособности в виде отрезка аЬ. Изменение эксергии между начальным и конечным состояниями .
рабочего тела характеризуется длиной отрезка 1Ь. Таким образом, П Тгбз;, = 1кя ° 2а = аЬ и Э, — Э, = (1, — гг) — Т, (з, — з,) ° 1а-+ аЬ = 1Ь. При определении эксергетнческого КПД процесса адиабатвого расщи. рения за полезную эксергню принимают фактическую раополагаемуЮ работу процесса 1-2. Учитывая, что эксергия уходящего рабочего тела обычно используется в последующих узлах установки, в качестве за. трат эксергин принимают разность между эксергиямн рабочего тела в начальном и конечном состояниях Ч =1,/(Э,— Э)=1а/1Ь.- В теории расширительных машин влияние трения обычно характеризуют так называемым внутренним, относительным изоэнтропным КПД г1„, который равен отношению фактической располагаемой работы 1р ьг реального процесса 1-2 к располагаемому перепаду энтальпнн, т.
е. к располагвемой работе процесса изоэнтропного расширения ер,х.г. т(ог 1о, 1.г/1о, 1 г' (гг 1г)/(гг ~г') 1а/12 ' Разность между теоретической и фактической работой процесса р с- ' ширения представляет собой работу трения 1,р = 1г — 1г и изображается длиной отрезкаа2'. Из сравнения длин отрезков 1 Ь и 12' видно, что потеря работоспособности рабочего тела при наличии трения меньше, чем затрата работы на трение, а эксергетический КПД имеет более высокое значение, чем внутренний относительный КПД. Это объясняется тем, чтб работа трения не является полностью потерянной: будучи воспринята рабочим телом в форме теплоты, эта энергия увеличивает работоспособность тела и впоследствии частично может быть все-таки 'возвращена в форме работы.
2. Дросселирование. Процесс адиабатного дросселирования, протекающий без совершения работы, изображается на я'-диаграмме условной линией 1-3 (рнс. !67). Энтальпия рабочего тела при этом в начальном и конечном состояниях одинакова (1 =/г). Так как работа в процессе 1-3 равна нулю, то равны нулю внутренний относительный КПД и эксергетический КПД, если рассматривать процесс дросселнрования лишь как предельный случай адиабатного расширений. Од'пако из рнс. 167 видно, что эксергия рабочего тела последросселиро- Зтб вання не равна нулю, т. е. рабочее тело сохраняет определенную рабо-" 'тоспособность, хотя н пониженную по сравнению с начальным состояннем. Снижение работоспособностн'рабочего тела прн дросселнрованнн нередко используется прн регулировании поточных машин с целью сннження нх мощности.
Если рассматривать эксергню рабочего тела после дросселнровання как полезную, а эксергню до дросселнровання'— как затраченную, то эксергетнческнй КПД процесса дросселнрозання выра- Тг, Тт~ Ф. знтся отношением т!э = Э з/Э, = бсl И.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
