Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Эксергия неподвижного рабочего тела




Эксергетический метод исследования

В термодинамике к исследованию энергетических превращений в технических системах используются два подхода.

Первый способ основан на методах прямых и обратных циклов.

Эти методы на основе первого и второго законов термодинамики позволяют найти связи между параметрами системы и количествами теплоты и работы.

Второй подход основан на изменении термодинамических потенциалов с целью анализа процесса превращения энергии в различных системах. Важнейшим преимуществом методов анализа, основанных на использовании термодинамических потенциалов, является их максимальная универсальность. При использовании термодинамических потенциалов к анализу технических систем необходимо иметь термодинамические функции, однозначно характеризующие работоспособность потоков вещества и энергии при определённых внешних условиях. Таким образом, для оценки работоспособности потока вещества или энергии важны не только параметры процессов внутри системы, но и их связь с окружающей средой.

Мера энергетических ресурсов системы, определяющая работоспособность вещества или энергии, называется эксергией. Функции, определяющие величину эксергии, называются эксергетическими функциями. Эксергия, в отличие от энергии, связанной с фундаментальными свойствами материи, является частным понятием, характеризующим пригодность эксергии при заданных условиях окружающей среды.

Эксергетическим методом называется способ, основанный на анализе потерь работоспособности в термодинамических процессах. Этот метод позволяет сравнивать между собой любые виды энергии и на этой основе определяя эффективность различных процессов её превращения.

Появление эксергии приобрело смысл как максимально возможная полезная работа термодинамической системы при совершении ею любых полностью обратимых процессов от заданного состояния до полного термодинамического равновесия с окружающей средой.

Различают эксергию покоящегося рабочего тела и его потока, а также эксергию теплоты. Под эксергией рабочего тела следует понимать максимальную работу, которую можно получить от системы, состоящей из рабочего тела и окружающей среды, имеющей бесконечную теплоёмкость.

 

 

Рассмотрим обратимый переход неподвижного рабочего тела из неравновесного состояния в равновесное. Выведем формулу для этой максимально возможной работы. Для того, чтобы рабочее тело находилось в состоянии равновесия с окружающей средой, необходимо изменить его внутреннюю энергию. В соответствии с первым законом термодинамики dU = δ Q - δ L изменить внутреннюю энергию рабочего тела можно путем подвода или отвода теплоты δ Q или за счет совершения работы δ L. В случае если процесс обратим, то рабочее тело будет получать или отдавать теплоту при постоянной температуре окружающей среды То. Тогда, в соответствии со вторым законом термодинамики, эта теплота равна

 

.

 

Объединяя уравнения первого и второго законов термодинамики, получим

.

 

По этой формуле определяется работа, которую совершает термодинамическая система при обратимом переходе из равновесного состояния в состояние равновесия с окружающей средой без учета работы, затраченной системой на преодоление сил давления окружающей среды (работа вытеснения окружающей среды), определяемой по формуле ро·dV,

где ро - давление окружающей среды; dV – изменение объема рабочего тела.

С учетом работы вытеснения выражение для максимальной работы, совершаемой системой, будет

 

.

 

Интегрируя последнее уравнение, находим

 

, (1.83)

 

где (U1 – U2) – работа обратимого адиабатного процесса приведения рабочего тела в состояние равновесия с окружающей средой;

То (Sо1Sо2) – работа, затраченная на приращение энтропии окружающей среды;

Sо1, Sо2 – энтропия окружающей среды соответственно до и после протекания процесса (Sо2 > Sо1).

При обратимом изменении состояния системы (рабочее тело – окружающая среда) суммарное изменение энтропии, очевидно, равно нулю, т.е.

 

 

, (1.84)

 

где (S2S1) – изменение энтропии рабочего тела.

Из последнего выражения следует, что

 

. (1.85)

 

Тогда формула для максимальной работы будет

 

. (1.86)

 

Из этой формулы вытекает, что максимальная работа (эксергия) полностью определяется состоянием рабочего тела в начале и конце процесса и не будет зависеть от пути процесса. Следовательно, эксергия неподвижного рабочего тела является функцией параметров состояния рабочего тела и окружающей среды.

В случае, когда в системе имеют место необратимые изменения состояния, будет справедливо соотношение

 

, (1.87)

 

из которого следует , (1.88)

 

где - увеличение энтропии системы вследствие необратимости протекающих в ней процессов. При этом полезная работа будет определяться из уравнения

, (1.89)

 

где То ·Δ Sнеобр – потеря работоспособности системы, а уравнение

 

(1.90)

 

называется уравнением Гюи-Стодолы.

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-12-07; Просмотров: 512; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.018 сек.