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