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;
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.