teplotekhnika (852911), страница 23
Текст из файла (страница 23)
В последнем случае оказывается, что эксергетический КПД двигателя равен значению эффективного КПД, в других случаях эти КПД несколько различаются.К потерям эксергии относят все последствия диссипации и деградации энергии, вычисляемые и учитываемые в зависимости от целей составления баланса эксергии. Так, при определении эксергетической цен-ности различных потерь теплоты теплового двигателя, превращенииэтих потерь во вторичные энергетические ресурсы ВЭР к потерям эксергии можно отнести следующие потери:Ф от необратимости процесса горения топлива (деградации энергии)АЕхгор = ЕхІ - Ехч;с отработавщими газами АЕхг;с охлаждающей средой АЕхохл;с маслом АЕхМ ,°остаточные АЕхост.127В расчете на 1 ч работы двигателя эксергетический баланс может бытьзаписан:ТТЕххим = Вчан = 3600~е + Вчсз її+ ВЧЄЅЧГЬ _Ё]+ТТ+вчодс,охл(1 - 7-,° ]+Вч95с1м(1-ї-°]+А5хост,ОХЛ(6.20)Мгде То - температура окружающей среды; То = 300 К; Т , Т2 - средниетермодинамические температуры подвода и отвода теплоты (см.рис.
5.6); Тот, Тм - средние абсолютные температуры соответственно охлаждаюшеи среды и масла.В ОТНОСИТЄЛЬНЫХ ЄДИНИЦЗХ ЭКСЄРҐЄТИЧЄСКИЙ баЛаНС ЗаПИШЄТСЯІ1 = це + аехгор + баг + ваш + зам + бат(6.21)где б, б“г , бехохл , беХм - доли потерь эксергии соответственно от нееХгоробратимости процесса горения, с выпускными газами, охлаждением имаслом; бех- доля ос_таточных потерь.__= То/Т; баг = 4,0 - то/тг);ваш = уши - то/тохл);потерибехм - амп -ЁхїооїтмуСхема эксергетического баланса ДВС представлена на рис. 6.8. Прирасчете составляющих эксергетического баланса для определения сред-них термодинамических температур может быть использована формулаІМі\Ехполезн _Ех1=Ехюш=что;Рис.
6.8. Эксергетический баланс ДВС' В случаях когда подвод или отвод теплоты производится в ходе какого-либо политропного процесса (в том числе частного), значение средней термодинамической температуры может быть рассчитано по формуле Т= Т2 ' І/Іп(Т2/ТІ), где ТІ и Т2 - абсолютные температуры начала и конца процесса.128ї= о/АЅ,(6.22)где 0- количество теплоты, участвующей в процессе; АЅ - изменениеэнтропии в процессе.Вторичными энергетическими ресурсами ДВС являются величиныэксергии, теряемой с выпускными газами и охлаждающей средой.Для подсчета ВЭРГ,_кДж/ч, температуру выпускных газов следуетпринимать равной не Т2 (внутри цилиндра ДВС), а температуре газов ввыпускном коллекторе за турбонагнетателем (гг 300500 °С):19310г = вч 03441 - то/Тг).(6.23)Температура охлаждающей среды іохл = 7080 °С.
С целью увеличения ВЭРОХЛ, кДж/ч, может быть использована система высокотемпературного охлаждения ДВС (система ВТО), когда температура повышаетсядо гот =150...160 °С:ВЭРохл = Вч ОЗЧОХЛП - То/ Тот).(6.24)Таким образом, эксергетический баланс не заменяет тепловой ба-ланс, а дополняет его, позволяет выявить пути повышения эффективности двигателя, снижая потери от необратимости процессов, подсчитать исопоставить между собой величины вторичных энергетических ресурсови указать пути повышения эффективности установки в целом.ГЛАВА 7ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ7.1. Приложение первого и второго начал термодинамикик различным физико-химическим системамМетодом термодинамики можно установить термодинамическую вероятность протекания реакций, устойчивость ее продуктов, а также выяснить термодинамические условия образования устойчивых продуктов, втом числе и различных защитных пленок.В основе химической термодинамики лежат также первый и второйзаконы термодинамики.
Первый закон термодинамики лежит в основетермохимии - той части химической термодинамики, в которой изучаюттепловые эффекты реакций.По величине энтропии изолированной системы судят о направлениипротекания реакции и ее окончании при достижении равновесия.Тепловым эффектом реакции называется наибольшее количество теплоты, которое может выделяться или поглощаться при реакции.129На основе первого закона термодинамики в случае отсутствия механической и немеханической работы тепловой эффект реакции выразит-ся для реакций, протекающих :при у = сопвіао,= ди;при р = сопві60р= (11.(ш(7.2)Поскольку внутренняя энергия и энтальпия являются функциями состояния, то и тепловые эффекты реакции СУ и ОР являются также функциями состояния.Ввиду того, что при химических реакциях рассматривают теплоту, выделяемую или поглощаемую телом (в отличие от подведенной или отведенной к телу извне), то в отличие от технической термодинамики приинтегрировании (7.1) и (7.2) с учетом знаков получим:о,=-м/= и, _ и;Таким образом, внутренняя энергия и энтальпия тел, выделяющих тепло(экзотермический процесс), уменьшаются.
В случае поглощения тепла (эндотермический процесс) внутренняя энергия и энтальпия тел увеличиваются.Часто реакции проводят при р = сопзг, поэтому далее будем рассматривать в основном тепловые эффекты ОР.Основной закон термохимии был сформулирован в 1838 г.
русскимакадемиком Г. И. Гессом: тепловой эффект химической реакции не зависитни от рода, ни от числа промежуточных реакций, а только от начального иконечного ее состояний.Закон Гесса позволяет вычислять тепловые эффекты реакций, непосредственное проведение которых затруднительно или невозможно, итаких реакций, при которых трудно осуществлять непосредственное измерение теплового эффекта.Различают пять типов тепловых эффектов.І. Теплоты агрегатных превращений (рис.
7. І ):плавления АІМ;испарения (парообразования) г или АІисп;возгонки (сублимации) АІВОЗГ.Таким образом, по закону Гесса при одной и той же температуреА!возг _- АІПЛ + А/исп.Этим и объясняется большее значение теплоты сублимации по сравнению с теплотой парообразования.130ПлавлениеТвердаяА [плА 18031.Сублимация>ФаЗЬІ>ПароваяЖидкаяА Іисп<ИспарениеРис. 7.1 . Связь между тепловыми эффектами2. Теплоты полиморфных превращений - переходы из одной кристаллической формы в другую, например, превращение графита в алмаз.3. Теплота сгорания - тепловой эффект сгорания органических веществ, топлив.4.
Теплота растворения. Растворение, например, в воде, можно рассматривать по нескольким стадиям, протекающим как экзотермично,так и эндотермично. Интегральной теплотой растворения А]Т называюттепловой эффект растворения с образованием раствора определеннойконцентрации при расчете на 1 моль растворенного вещества.Полной теплотой растворения А]Ѕ называют тепловой эффект образо-вания насыщенного раствора.Тепловой эффект образования бесконечно разбавленного раствораназывают первой теплотой растворения АІО (или АІФО).5. Теплота образования - теплота, выделяющаяся или поглощающаяся при образовании любого вещества из простых веществ.
Простым называют вещество в устойчивом состоянии при данной температуре.В некоторых случаях теплоты образования можно найти непосредственно измерением (например, образование СО2 по реакции горенияС + О2 <-› СО2 и т.д.). В других случаях пользуются законом Гесса.Теплоты образования различных веществ сводят в термодинамические таблицы. В этих таблицах теплоты образования АР/т приведеныпри давлении 0,1 МПа (знак °) и температуре 298 К и выражены вкДж/моль или ккал/моль. Величину АРД98 часто называют стандартнойтеплотой образования или стандартной энтал ьпией образования (в некоторых литературных источниках АІ обозначают через АН).В физических процессах и химических реакциях элементы не исчезают и не создаются, их суммы в исходном и конечном состояниях системы равны.
Поэтому уравнение Гесса можно записать в видеА] = 2 (пр/дтн - 2; (п,д1,і›исх.ІІ(7.3)Из (7.3) следует, что тепловой эффект процесса в изобарных условияхравен разности сумм произведений энтальпий образования веществ -ІЗІучастников реакции АІ17 на соответствующее им число молей п І. в химическом уравнении в конечном и исходном состояниях системы.Тепловой эффект реакции находится в сложной зависимости от температуры, а также от агрегатного состояния веществ, так как энтальпиявещества является функцией температуры и давления.
Учет этих зависимостей освещается в специальной литературе.Закон сохранения энергии (и его частный случай - первый закон тер-модинамики) ничего не утверждает о преимуществах одних энергетических состояний перед другими, требуя лишь их взаимоувязки. Но если несуществует преимущественных состояний, то не должно существовать ипреимущественное направление процесса. Это противоречит опыту. Деление процессов на самопроизвольные и несамопроизвольные, обратимые и необратимые, приводившееся ранее, полностью применимо и кпроцессам - химическим реакциям.Согласно закону возрастания энтропии любая необратимость, в томчисле и необратимое проведение химической реакции, приводит к ростуэнтропии изолированной системы. При наступлении равновесия энтропия системы достигает максимума.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
