Понятие об эксергии. Уравнение Гюи-Стодолы

Термин «эксергия» в 1956г. ввел югославский ученый З.Рант и образован он из греческих корней «экс» - внешний и «эрг» - работа, действие.

Максимальную полезную работу (работоспособность) в современной ТТД принято наз. эксергией. В данном случае величина - это эксергия источника работы, находящегося в объеме V и обозначается Е_V.

Таким образом: Е_V=(U – U_к) – T₀(S – S_к) – p₀(V_к – V), (7.15)

Отсюда следует, что если параметры окр. среды заданы, то эксергию можно рассматривать как функцию состояния рабочего тела.

По аналогии с понятием о максимальной полезной работе изолированной системы (работоспособности) вводится понятие о работоспособности теплоты. Если в изолированной системе, состоящей из двух источников теплоты с температурой Т₁ и Т₂ (Т₁>T₂) и рабочего тела, горячий источник отдает q₁ теплоты, то максимальная работа, которая может быть получена от этой теплоты, представляет собой работу обратимого цикла Карно, осуществляемого в интервале температур Т₁ – Т₂. Причем на практике стараются обеспечит равенство Т₂=Т₀, где Т₀ – температура окр. среды.

Следовательно, под работоспособностью теплоты, называемой эксергией теплоты е_q понимается максимальная полезная работа, которую возможно извлечь от теплоты q₁ при температуре горячего источника Т₁ при условии, что холодный источник теплоты находится в термическом равновесии с окр. средой, Т=Т₀, т.е.:

, (7.16)

где - термический КПД цикла Карно.

Подчеркнем еще раз, что эксергия е – максимально-возможная полезная работа, которую может произвести данная изолированная система, если процессы, ведущие к установлению равновесия в этой системе, будут протекать обратимо (работоспособность системы). А L_пол. – это работа, которую может произвести та же система в случае необратимости протекающих в ней процессов. Разность этих величин представляет собой потерю эксергии (работоспособности) системы вследствие необратимости процессов, протекающих в ней.

L_пол. – =(U₂ – U₁) – T₀(S _0к– S₀) – p₀(V – V_к) – (U₂– U₁)+T₀(S – S_к)+p₀(V – V_к)=

=T₀(S – S_к) – (S_0к – S₀)=

где - изменение энтропии системы.

Как известно: , (7.17)

Энтропия горячего источника теплоты уменьшается, т.к. этот источник теплоту отдает, а энтропия холодного источника увеличивается. Т.к. при обратимости всех процессов, протекающих в изолированной системе, суммарная энтропия этой системы не изменяется, то увеличение энтропии холодного источника теплоты DSхол. должно быь равно уменьшению энтропии горячего источника DSгор.

Поскольку обратимость всех процессов, протекающих в изолированной системе соответствует случаю получения - энергии теплоты , то для этого случая с учетом DSгор.= DSхол., получаем из (7.17): , (7.18)

Из уравнения (7.18) и (7.17) следует: , (7.19)

Поскольку, как уже отмечалось, энтропия раб. тела в цикле не изменяется, то очевидно, что разность величин представляет собой изменение энтропии всей рассматриваемой изолированной системы. , (7.20)

С учетом этого соотношения получаем из (7.17) уравнение для потери эксергии теплоты вследствие необратимости процессов, протекающих в рассматриваемой изолированной системе в след. виде: , (7.21)

Это уравнение наз. уравнением Гюи-Стодолы.

Уравнение Гюи-Стодолы раскрывает физ. смысл энтропии. Оказывается, что необратимые процессы перехода теплоты с более высокого на более низкий температурный уровень сопровождается потерей работоспособности, т.е. деградацией энергии той системы, в которой они происходят, а соответствующее возрастание энтропии пропорционально этой потере работоспособности.

Потерю эксергии обычно обозначают D – диссипация – рассеяние энергии, т.е.:

, (7.25) Таким образом, энтропию можно рассматривать как параметр состояния замкнутой системы, увеличение которого явл. Количественной мерой потери работоспособности системы, имеющей место при протекании в ней необратимых процессов.

Дата добавления: 2014-11-29