Эксергетический баланс системы.

 

Схема баланса эксергии ТТ показана на рис. 17.

 

 

Рис. 17.

 

Эксергия в систему может быть подведена и выведена в виде работы L, эксергии тепла Ex_q и эксергии потока Ex_h рабочего тела. Т.к. в реальных условиях часть энергии рассеивается и переходит в неработоспособную форму, то разность значений эксергии на входе и выходе системы определяет потери от необратимых процессов в системе: D – сумма потерь эксергии в системе. Т.о., в отличие от энергии, часть эксергии может полностью уничтожаться. Эксергетический баланс системы, в самом общем виде, может быть представлен уравнением:

 

(L+ Ex_q+ Ex_h)_ВХ = (L+ Ex_q+ Ex_h)_ВЫХ + D (4)

 

ТТ не предназначены для производства (L_ВЫХ = 0) работы и если напрямую работа к ТТ не подводится (L_ВХ = 0), то потери эксергии при диссипации для реальных систем:

 

D = Ex_ВХ - Ex_ВЫХ 0 (5)

 

Только в идеальных ТТ с полностью обратимыми процессами D=0 и Ex_ВХ = Ex_ВЫХ. Здесь эксергия ведет себя аналогично энтропии, рост которой ( S > 0) в замкнутой системе, также отражает потери от необратимости, но выгодно отличается тем, что уменьшение эксергии сразу дает значение потерь организованной энергии.

Для оценки степени приближения процесса в тепловых аппаратах к идеальному обратимому, служит эксергетический КПД .

- характеризует степень приближения реального теплового процесса к идеальному обратимому процессу.

Применительно к тепловым машинам не производящим полезной работы эксергетический КПД определяется как отношение эксергии отводимой от системы, к подведенной эксергии*

 

= (6)

 

Учитывая соотношение (5):

 

= =1- (6 ^/ )

 

 

В реальных тепловых процессах < 1, в идеальном = 1.

Потери эксергии D бывают двух видов:

1) внутренние потери D , связанные с необратимостью процессов протекающих внутри системы.

В ТТ это потери: на дросселирование, гидравлическое сопротивление, трение в узлах, потери тепло – и массообмена.

2) внешние потери D , связанные с условиями взаимодействия системы с окружающей средой, а также источниками и приемниками энергии (потери на теплопередачу).

Эти потери связаны с отличием температуры рабочего тела от температуры теплоотдатчика и теплоприемника, потери через теплоизоляцию. В квазициклах часть эксергии уносится потоком рабочего тела, выбрасываемого из установки**.

Для стационарных процессов уравнение (5) можно переписать в виде:

 

D + D = Ex - Ex (5 ^/)

 

_______________________________

* Для тепловых двигателей эксергетический КПД определяется как величина равная отношению произведенной полезной работы к разности эксергий на его входе и выходе

 

=

 

** Внутренние и внешние потери можно рассчитать по отдельности с помощью уравнения (5). Если в нем значения эксергии взяты по параметрам установки, то полученные потери будут внутренними потерями D , если значениям эксергии соответствуют величины получаемые от внешних источников и отдаваемые внешним приемникам, то D включает и внешние и внутренние потери.

Уравнения (5) и (5 ) можно применять и к отдельным элементам ТТ, определяя распределение в них потерь.