Эксергетический баланс

При исследовании отдельных элементов ХТС кроме материального и энергетического балансов составляется и эксергетический баланс. Для этого систему мысленно отделяют контрольной поверхностью, через которую происходит обмен веществом и энергией с окружающей средой. Поскольку закона сохранения эксергии не существует, эксергетический баланс сводится искусственно за счет внутренних потерь эксергии из-за необратимости процессов в пределах выделенной системы. Эксергетический баланс для отдельного элемента система выражается общим уравнением:

, (5.4)

где – эксергия входящего материального потока; – эксергия входящего потока тепла; – эксергия выходящего материального потока; – эксергия выходящего потока тепла; А_Э – механическая или электрическая работа, совершаемая данным элементом системы; ∆ Е_Э – приращение эксергии элемента; Е_D – потери эксергии.

Значения эксергии материальных потоков (Е_П) и потоков тепла (Е_Т) рассчитывают по следующим формулам:

· материальные потоки:

Е_п = (I - I₀) - Т₀·(S - S₀) + ∑ (μ - μ _i0) · N_i + К + Е, (5.5)

где I, S – энтальпия и энтропия рабочего тела; Т₀ – температура окружающей среды, К; m_i и N_i – химический потенциал и число молей i -го химического компонента потока; К, Е – соответственно кинетическая и потенциальная энергии; индекс 0 относится к термодинамическим функциям, определенным при параметрах окружающей среды;

· тепловые потоки:

, (5.6)

где Q – поток тепла; Т – температура источника тепла.

Эксергетические потери можно подсчитать из уравнения

Е_D = Т₀∆ S. (5.7)

Рассчитанные значения потерь эксергии позволяют найти степень обратимости процесса в элементе ХТС, для чего вводится понятие эксергетического (термодинамического) КПД как отношение суммарного количества эксергии, выходящей из элемента, к суммарному количеству подводимой эксергии.

В случае если элемент ХТС находится в стандартном режиме (Е = 0), и в нем не производятся ни механическая, ни электрическая работы (А_Э =0), эксергетический КПД может быть записан в виде

. (5.8)