разное

Блоки «энергия» и «вещество». Эксергетический анализ

В 1958 году З. Рант (Словения) предложил расширить возможности Второго закона термодинамики введением новой термодинамической функции - эксергии*. Эксергетическая теория развивается уже более 50 лет и на сегодня общая эксергия потока рабочего вещества (рис.2.5) может быть представлена суммой четырех основных составляющих

Е = Ерн + Екм+ £?" + !?",

Где Ер - потенциальная эксергия; Еш - кинетическая эксергия; ЕРН ~ физическая эксергия; - химическая эксергия.

В понятие «другие составляющие эксергии» (рис.2.6) входят: атомная (ядерная), магнитная, электронная, а также эксергия поверхностного натяжения. Эти составляющие участвуют в анализе в исключительных случаях, поэтому далее рассматриваться не будут.

ЕКСЕРГИЯ


Другие составляющие эксергии

Физическая эксергия

Химическая эксергия

Потенциальная эксергия

Кинетическая эксергия

Рис.2.6. Составляющие эксергии

Термин эксергия (англ. - exergy) был предложен в 1958 году, но окончательно закрепился в термодинамике только в 1960-ых годах. Он сформирован созвучно термину энергия (греч. - єуєруєіа) как производная от двух греческих слов «ЕХ» - выход и «ERG» - работа (греч. - є^єруєіа). - выходящая работа. Для описания понятия эксергии долгое время использовали термин располагаемая работа (англ.- availability work) или максимальная работа. С каждым годом эксергетический анализ расширяет сферы рационального применения в задачах анализа и оптимизации энергопреобразующих и химико-технологический систем.

В отличие от многочисленных публикаций, в которых понятие эксергии интерпретируется по работам Я. Шаргута и В. М.Бродянского, в этой книге будут использованы формулировки, данные Ф. Бошняковичем, Р. Гаджиолли, М. Мораном, Дж. Тсатсаронисом, А. Бежаном и другими современными представителями мировой эксергетической школы.

Эксергия - это максимально возможная полезная работа (работоспособность), произведенная некоторым веществом, которое по химическому составу отличается от окружающей среды (ju^jLQ, находится при давлении и температуре, отличным от аналогичных характеристик окружающей среды (р*р0 и Т? Т0), если данное рабочее вещество обратимо перевести из начального состояния (//, Т и р) в конечное, находящееся в равновесии с окружающей средой (jU0, Т0 и р0).

(2.51)

Удельная физическая эксергия потока рабочего вещества определяется по уравнению

E = h-h0 - T0(s-s0).

Понятие эксергии как максимальной работоспособности удобно использовать при рассмотрении степени совершенства различных процессов с точки зрения превращения энергии. Если процесс протекает полностью обратимо, то «получаемая суммарная работоспособность» вещества (это же относится и к механической работе) должна быть равна «затрачиваемой работоспособности». При наличии необратимости «суммарная работоспособность» уменьшается. Это «уменьшение работоспособности» и является мерой потерь. Эксергетический анализ различных процессов показал, что имеются процессы, которые протекают достаточно совершенно, в то же время существует ряд процессов, которые даже при самом тщательном осуществлении совершенно неожиданно оказываются низкоэффективными.

Рассмотрим две термодинамические системы, между которыми происходит обмен теплом и работой (рис. 2.7).

Vv

Блоки «энергия» и «вещество». Эксергетический анализ

Формирование эксергетического баланса представляет собой совместное решение двух уравнений:

Блоки «энергия» и «вещество». Эксергетический анализ

Qw Щ

Рис.2.7. К выводу уравнения эксергетического баланса

• уравнения сохранения энергии (Первый закон термоди­намики)

И2-иJ + АКЕ + АРЕ = QM + WM ; (2.52)

• уравнения сохранения энтропии (Второй закон термоди­намики) для обратимого процесса

S2 - Sj (2.53а)

И для необратимого процесса

S2-Sl=\^-^Sgm, (2.536)

Где первое слагаемое описывает транспорт энтропии (условия обратимого процесса - ур. (2.536)), а второе слагаемое - необратимость.

Суммарное решение ур. (2.52)-(2.53) имеет вид

U2 - Uj+AKE + APE-T0(S2-Sj) =

2'dQ, ^ р (2.54)

І

Введем понятие эксергии системы 1 (Ej) и эксергии системы 2 (Е2), тогда ур. (2.54) можно переписать как

Г _ г _

Система 1 система 2 (2 55)

^Ut-Ut+Pofc-V^-ToiSt-S,)

Необходимо было бы в ур. (2.55) добавить величины изменения кинетической, потенциальной и химической эксергии, однако для энергопреобразующих систем кинетическая и потенциальная эксергия равны нулю, так как рассматриваемые системы находятся в поле земного притяжения и недвижимы относительно поверхности Земли. В большинстве энергопреобразующих систем, включая холодильных машины и тепловые насосы, изменение химической эксергии отсутствует, в связи с чем химическую составляющую эксергии на этом этапе анализа также приравняем нулю, тогда

Е - F =

Система 1 система 2

ИЛИ

? _ р

И система 1 система 2 2 ,

I г

Где слагаемое |—jr^dQ описывает транспорт эксергии,

Ассоциированный с теплом; слагаемое [W^ 4- pQ (F2 - Vj)] - транспорт эксергии, ассоциированный с работой, последнее слагаемое - ED =T0Sgen носит название деструкции эксергии

(іпотери располагаемой работы или потери работоспособности).

Для проведения эксергетического анализа для произвольного (&-го) элемента системы должно быть рассчитано достаточно много критериев, основу которых составляют следующие:

• эксергетический баланс k-ro элемента

Eptk = Eptk + ED>k + E^k (2.58)

• абсолютная деструкция эксергии (англ. - exergy destruction) как функция от термодинамического несовершенства процесса

ED, k=T0Sgen, k. (2.59)

Таким образом деструкция эксергии есть ни что иное, как дополнительная располагаемая работа (полученная или затраченная) для производства положительного эффекта по сравнению с теоретической;

• абсолютные потери эксергии (англ. - exergy losses) Еик возникают при внешнем контакте элемента системы с окружающей средой, например, описывают неидеальность изоляции теплообмен - ных аппаратов и т. д.;

(2.60)

В современном эксергетическом анализе понятия входящий и выходящий эксергетические потоки в чистом виде участия в анализе не принимают. Они формируют новые понятия топливо (англ.- fuel) и продукт (англ.- product) для k-го элемента системы. Такой подход дает возможность более тщательно описать процессы, происхо­дящие с каждым потоком рабочего вещества при прохождении через каждый элемент энергопреобразующей системы[2]. В понятие эксергии продукта (ЕРгк) входят:

• эксергия всех потоков, выходящих из рассматриваемого элемента, включая эксергию энергетического потока, произведен­ную в рассматриваемом элементе;

• все увеличения эксергии между входом и выходом (так называемые эксергетические дополнения к соответствующим мате­риальным потокам).

В понятие эксергии топлива (EF>k) входят:

• эксергия всех потоков, входящих в рассматриваемый элемент, включая эксергию энергетического потока, потребленную в рассматриваемом элементе;

• все уменьшения эксергии между входом и выходом (так называемые эксергетические удаления от соответствующих материальных потоков);

Блоки «энергия» и «вещество». Эксергетический анализ

F

F,

L, k

• все увеличения эксергии (между входящими и выходящими потоками), которые не соответствуют целям этого компонента.

Єіс - эксергетическая эффективность

Эксергия потока тепла определяется произведением вели­чины теплового потока (рассчитанного в соответствии с Первым законом термодинамики) и температурного фактора Карно ft
(эксергетической температурной функции), которая описывает температурный уровень Тк рассматриваемого теплового потока Qk

(2.61)

LkJ

EQk=Qk9k=Q>


Наивысшей эксергией обладает механическая (электри­ческая) энергия, для описания которой принимают вк=1.

разное

Дизайнерские радиаторы из чугуна от radimaxua.com

Интернет-магазин radimaxua.com предлагает широкий ассортимент дизайнерских радиаторов из чугуна, выпускаемых под брендом RETROstyle. Изготовлением декоративных радиаторов занимаются европейские заводы.

Солнечные коллекторы для отопления

Домашние отопительные системы обычно работают за счет энергии электричества, природного газа или масел, за которые необходимо платить. К тому эти способы отопления вредят окружающей среде. Альтернативой им является солнечная батарея или коллектор.

Как раскрутить свой Instagram с помощью сервиса Like Social ?

Популярность социальных сетей сделала возможной организацию бизнеса в Интернете. Чтобы убедиться в том, что интернет-дело может быть прибыльным, достаточно обратить внимание на количество пользователей популярной сети «Инстаграм», которое на сегодняшний …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.