Классификация эксергии

Различают эксергию потока вещества, эксергию потока энергии и эксергию в объеме. Эксергию материальных потоков ХТС можно разделить на несколько составляющих, основные из которых показаны на рис. 5.3.

Кинетическая эксергия Е_К равна кинетической энергии и зависит от скорости перемещения потока относительно окружающей среды.

Рис. 5.3. Составляющие эксергии потока вещества, пересекающего неподвижную контрольную поверхность

Потенциальная эксергия Е_П определяется через потенциальную энергию относительно нулевого уровня, связанного с окружающей средой, и учитывает все силы, действующие на рассматриваемый поток вещества в окружающей среде. Это означает, что кроме силы тяжести следует принимать во внимание выталкивающую силу, возникающую из-за давления компонентов окружающей среды. Ниже приведена формула для расчета потенциальной эксергии вещества, не учитывающая изменение ускорения силы тяжести с высотой:

, (5.1)

где m, V, v – масса, объем и удельный вес рассматриваемого вещества; g – ускорение силы тяжести; Н – высота центра тяжести вещества над нулевым уровнем; ρ ₀, v₀ – плотность и удельный объем окружающей среды.

Практически вторую составляющую уравнения, а зачастую и всю потенциальную эксергию вещества, не учитывают.

Та часть эксергии, которая является результатом несовпадения температуры и давления рассматриваемого вещества с температурой Т₀ и давлением Р₀ окружающей среды, называется физической эксергией (∆ ₀е, ∆ ₀Е). Если вещество имеет параметры Т₀ и Р₀, физическая эксергия равняется 0.

Обычно рассматриваемый поток вещества имеет химический состав, отличающийся от состава основных компонентов окружающей среды, причем различие может заключаться и в концентрации веществ.

Эксергия, возникающая из-за изменения состава в ходе химического превращения, называется химической эксергией (е_Х, Е_Х). Она определяется для веществ с параметрами Т₀, Р₀.

Эксергия, являющаяся следствием ядерных превращений, называется ядерной эксергией (е_Я, Е_Я).

Кроме того, существуют другие виды эксергии, которые в ХТС не имеют практического значения, например, эксергия поверхностного натяжения, электростатическая и пр. В общем случае формула для определения эксергии имеет вид:

Е = Е_К+ Е_П + ∆ ₀Е + Е_Х + Е_Я +... (5.2)

Не всегда требуется учитывать все составляющие эксергии. В химической энерготехнологии важнейшими являются две: физическая и химическая эксергии. Сумма этих составляющих названа термической эксергией Е_Т:

Е_Т = ∆ ₀Е + Е_Х (5.3)

В технической литературе под эксергией понимается именно термическая эксергия.