Энерго-эксергетический анализ действительного рабочего цикла дизеля 4ЧН 12/14, страница 5

,  – продолжительность сгорания от его начала до момента достижения максимальных значений скорости первой и второй составляющих процесса тепловыделения (рис. 1.1);

,  – доли теплоты, выделившейся в этих составляющих процесса тепловыделения.

Первая составляющая выделения теплоты, описываемая первым слагаемым выражения (1.13), происходит вследствие быстрого сгорания топлива, поданного за период задержки воспламенения топлива . Второе слагаемое описывает последующее турбулентное сгорание и догорание [1].

1.3 Теоретические основы энерго–эксергетического метода

Энерго–эксергетический метод получил в последние годы широкое признание. Этот метод позволяет провести качественный анализ энергетических потоков в цилиндре двигателя, оценить уровень потерь эксергии в процессе сгорания на различных режимах работы двигателя, а значит, выявить резервы увеличения теплоиспользования. Использование метода в задачах оптимизации дает возможность выбора таких параметров рабочего процесса, при которых достигается наилучшее теплоиспользование в двигателе.

Впервые этот метод при анализе термодинамических процессов и установок применил и систематизировал Г.Д.Бэр  [3].

В тепловом двигателе (рис. 1.1) можно преобразовать в работу только некоторую долю энергии, подведенной в виде теплоты . Даже в современном тепловом двигателе часть полученной теплоты снова отводится в виде теплоты. Полностью преобразовать теплоту в работу невозможно [4].

Пример показывает, что формы энергии, определенные первым началом термодинамики, такие, как теплота и внутренняя энергия, можно лишь частично превратить в работу. С помощью электрического генератора работу всегда можно превратить в другие формы энергии

Следствием Второго закона термодинамики в обобщенном виде является утверждение [3], что существуют формы энергии, которые могут быть преобразованы в любые другие формы энергии. Эти формы энергии, охватываемые общим понятием  эксергии, при обратимых процессах полностью     взаимопревратимы, а путем обратимых и необратимых процессов могут быть трансформированы и в ограниченно превратимые формы энергии – внутреннюю энергию и теплоту. Вместе с тем ограниченно превратимые формы энергии невозможно в любых количествах превратить в эксергию. Здесь Второй закон определяет верхнюю границу, зависящую не только от формы энергии и состояния вещества (системы), но также от состояния окружающей среды. Так вообще невозможно преобразовать в эксергию теплоту при температуре окружающей среды  и работу вытеснения против давления окружающей среды.

Выбирая в качестве критерия степень превратимости энергии, формы энергии  разделяют на три группы, в которые входят:

– неограниченно превратимая энергия (эксергия), например  механическая и электрическая энергии;

– ограниченно превратимая энергия, например теплота и  внутренняя энергия; их преобразование в эксергию существенно ограничивается Вторым законом;

– непревратимая энергия, например внутренняя энергия  окружающей среды; ее преобразование в эксергию по Второму закону термодинамики невозможно (Вечный двигатель второго рода).

Все непревратимые в эксергию формы энергии обобщены термином «анергия» по аналогии с названием «эксергия» для неограниченно превратимых форм энергии. Это дает основание для следующего определения:

«Эксергия – это энергия, которая при участии заданной окружающей среды может быть преобразована в любую другую форму энергии; анергия – это энергия, которая не может быть преобразована в эксергию» [3].

Г.Д. Бэр предложил следующую формулировку Второго закона в связи с применением ее к процессам преобразования энергии:

«Все формы энергии состоят из эксергии и анергии, причем каждая из этих составляющих может быть равна нулю».

Иными словами, для всех форм энергии справедливо следующее общее соотношение:

Энергия = Эксергия + Анергия.

Тогда Первый закон термодинамики как закон сохранения энергии примет следующую формулировку:

«Во всех процессах сумма эксергии и анергии остается постоянной».