Энерго-эксергетический анализ действительного рабочего цикла дизеля 4ЧН 12/14, страница 6

Необходимо подчеркнуть, что это справедливо только для суммы эксергии и анергии, но не для эксергии и анергии по отдельности. Поведение эксергии и анергии при обратимых и необратимых процессах позволяет сформулировать Второй закон термодинамики следующим образом:

– во всех необратимых процессах эксергия превращается в анергию;

– эксергия остается постоянной только при обратимых процессах;

– анергию в эксергию превратить невозможно.

По принципу необратимости все естественные, реально протекающие процессы необратимы. Таким образом, в этих процессах запас эксергии снижается вследствие превращения ее в анергию. Часть эксергии, превращаемая при  необратимых процессах в анергию, представляет собой потери эксергии в процессе.

Для использования понятия эксергии и анергии, необходимо знать доли этих величин для различных форм энергии. Эксергия теплоты – это теплота, которая может быть превращена в любую другую форму энергии, а значит, и в полезную работу. При ее определении рассматривается теплота, подведенная к теплосиловой установке, рабочее тело которой совершает круговой процесс. Эксергия теплоты выступает здесь как полезная работа, а анергия – как неиспользованная теплота кругового процесса. Однако полезная работа кругового процесса совпадает с эксергией подведенной теплоты при следующих условиях:

– круговой процесс протекает обратимо (в противном случае превращается в анергию и полезная работа будет меньше подведенной эксергии);

– теплоотвод в круговом процессе осуществляется при температуре окружающей среды, так, что отведенная теплота состоит только из анергии и соответствует анергии подведенной теплоты (рис. 1.2).

Теплота, подводимая к рабочему телу

,                                      (1.14)

где  – эксергия подводимой теплоты;  – анергия подводимой теплоты.

В результате подвода теплоты dQ, воспринимаемой при температуре Т, энтропия рабочего тела увеличится на . Так как при обратимом процессе энтропия не производится, отдаваемое тепло  должно быть по величине таким, чтобы переносимая с ним энтропия  была равна воспринимаемой энтропии . Из балансового уравнения энтропии

;                                (1.15)

для отдаваемого тепла получаем

.                                         (1.16)

Отводимая теплота к окружающей среде состоит только из анергии и представляет собой искомую анергию тепла

.                                         (1.17)

Эксергия теплоты проявляется в виде работы воображаемого обратимого кругового процесса

.                          (1.18)

Если тепло воспринимается или отдается системой в определенном температурном интервале (рис. 1.3), то эксергия теплоты, воспринимаемая или отдаваемая с теплом , определяется путем интегрирования:

.                       (1.19)

Аналогичным способом и для анергии теплоты

.                                        (1.20)

Здесь Т – температура энергоносителя, отдающего или воспринимающего теплоту. Так же как и , эксергия теплоты и анергия являются характеристиками процесса, а не параметрами состояния. Эксергия и анергия теплоты зависят не только от , но также от температуры системы, воспринимающей или отдающей теплоту, что видно из выражений (1.19) и (1.20). Это позволяет прийти к заключению, что в теплосиловых установках теплоподвод к рабочему телу необходимо реализовывать при максимально возможной для данной установки температуре и получить максимально возможную работу в цикле.

Эксергия рабочего тела представляет собой работу, которую это тело может потенциально совершить при соответствующих условиях. Пусть происходит обратимое расширение рабочего тела от параметров ,  до параметров ,  в случае, когда приемником теплоты выступает окружающая среда (рис. 1.4).

На рисунке:

1-t – адиабатическое расширение;

t-0 – изотермическое расширение с подводом теплоты .

Из рисунка видно, что максимальная работа расширения соответствует площади 1-t-0-z-1. В соответствии с Первым законом термодинамики:

       ,  (1.21)            

где  – внутренняя энергия рабочего тела в точках 0 и 1;