Потеря эксергии потока в необратимых процессах

Предположим, что при прохождении потока рабочего тела через аппарат проходит произвольный процесс 1-2, причем как начальные, так и конечные параметры рабочего тела р₁,Т₁ и р₂, Т₂ отличаются от параметров окружающей среды р₀,Т₀.

В общем случае в этом процессе имеет место подвод тепла к рабочему телу, а поскольку поток вместе с окружающей средой образует термически изолированную систему, это тепло может быть получено телом только от окружающей среды. Температура окружающей среды Т₀ не изменяется, поэтому теплообмен происходит при конечной разности температур и процесс принципиально необратим.

При отводе тепла q _о.с от окружающей среды ее энтропия (отнесенная к 1 кг рабочего тела) уменьшается от s ₀₁ до s_o2. поэтому отводимое тепло составляет

и, очевидно, будет величиной отрицательной.

В то же время по отношению к рабочему телу это тепло будет теплом подводимым, поэтому в уравнение баланса энергии потока оно входит как величина положительная, т. е.

.

Тогда техническая работа потока в процессе составит

При подводе теплоты к рабочему телу его энтропия увеличивается от s₁ до s₂, а поскольку процесс 1-2 необратим, суммарная энтропия системы возрастает, т. е.

или

.

При этом уравнение баланса энергии потока принимает вид

или (9.13)

Сравнивая полученное выражение с аналогичным выражением для технической работы обратимого процесса (9.12), можно сделать вывод, что в необратимых процессах происходит потеря эксергии потока и величина этой потери равна произведению абсолютной температуры окружающей среды на увеличение энтропии системы, обусловленное необратимостью процесса.

Это положение вместе с аналогичным выводом, полученным ранее применительно к эксергии тепла, и составляет сущность теоремы Гуи–Стодолы.

В заключение отметим следующее существенное обстоятельство. Выше было показано, что формула (9.11) характеризует техническую работоспособность самого рабочего тела независимо от того, движется ли оно в потоке или находится в состоянии покоя. Существенно лишь то, что оно не находится в равновесии с окружающей средой и образует с ней термически изолированную систему.

Поэтому термин «эксергия потока» вполне правомерно может быть заменен термином «эксергия рабочего тела», что обычно и практикуется в современных методах термодинамического анализа энергетических установок.

Дата добавления: 2014-01-03