Энерго-эксергетический анализ действительного рабочего цикла дизеля 4ЧН 12/14, страница 7

                  – работа, совершаемая рабочим телом при расширении.

Максимально возможная работа неподвижного рабочего тела

,                             (1.22)

где  – работа против окружающей среды.

Теплота, подведенная к рабочему телу при расширении

,                      (1.23)      

где .

В выражении (1.21) добавим и вычтем

.                           (1.24)

Откуда эксергия рабочего тела

.              (1.25)

Анергия рабочего тела

.                                       (1.26)

Таким образом, эксергия неподвижного рабочего тела однозначно определяется параметрами, , а также параметрами окружающей среды, относительно которой принят отсчет.

Определим эксергию и анергию стационарного потока вещества, покидающего контрольное пространство в состояние окружающей среды при параметрах ,  (рис. 1.5). В таком состоянии поток вещества, покидающий контрольное пространство, содержит только анергию. Если осуществить поточный процесс так, чтобы обмен энергией в форме тепла происходил только с окружающей средой при , то теплота также будет состоять только из анергии. Если, наконец, стационарный процесс течения обратим, то эксергия, отдаваемая в виде технической работы, в точности совпадает с эксергией, вносимой с потоком вещества, а сумма анергии, покидающей систему с потоком вещества, и анергии передаваемого тепла в точности равна анергии, поступающей в открытую систему с потоком вещества. Так как эксергия, вносимая с потоком вещества, в описанном процессе проявляется в виде технической работы, ее называют технической работоспособностью потока вещества.

По энергетическому балансу Первого закона для стационарных процессов имеем

.                                           (1.27)

В связи с тем, что кинетическая и потенциальная энергии среды незначительны, ими в данном случае можно пренебречь. По Второму закону для общей адиабатной системы, состоящей из контрольного пространства и окружающей среды с постоянной температурой , сумма изменений энтропии должна обращаться в нуль:

.                                      (1.28)

Энтропия окружающей среды, передавая потоку вещества энергию  в форме теплоты, уменьшается:

.                                         (1.29)

Отсюда следует

,                                       (1.30)

и тогда для эксергии потока вещества получим

.                       (1.31)

Анергия представляет собой часть энергии, вносимой с потоком вещества и не являющейся эксергией, а поэтому

.                          (1.32)

1.4 Оценка термодинамических процессов в ДВС на основе

энерго-эксергетического метода

Приведенные выше выражения применимы для любой теплосиловой установки, в том числе и для двигателя внутреннего сгорания. Для оценки термодинамических процессов в ДВС энерго-эксергетический метод анализа впервые применил проф. Н.К. Шокотов [5,6].

В настоящее время существуют два направления в термодинамике. Традиционное направление состоит в том, что для термодинамического исследования двигателей используется тепловой баланс, основанный на первом принципе термодинамики, когда критерием качества преобразования теплоты в работу является эффективный КПД. Возможности традиционного метода ограничены тем, что тепловой баланс фиксирует лишь конечный качественный результат энергетических преобразований в цикле ДВС. Для усовершенствования современных ДВС необходимо углубленно изучать качество энергетических преобразований в двигателе, чтобы реализовать все резервы. В энерго-эксергетическом методе анализа сочетаются первый и второй законы термодинамики, а критерием качества преобразования теплоты в работу выступает эксергетический КПД. Только этот метод позволяет выявить механизмы формирования внутренних и внешних потерь ДВС, оценить пределы их уменьшения, и, значит, обосновать пути достижения оптимального теплоиспользования в перспективных дизелях.