Графический метод эксергетических балансов
Для проведения эксергетического анализа исключительно графическими методами П. Jle Гофф (Франция) в 1990 году предложил усовершенствовать диаграмму T-Q путем замены шкалы абсолютной температуры (7) шкалой температурного фактора Карно (в), создав, таким образом, диаграмму 0-Q, в которой все площади, ограниченные процессом и осью ординат иллюстрируют эксергию.
Рассмотрим графический метод эксергетических балансов для анализа парокомпрессорной холодильной машины (рис.5.23). Первоначально условимся считать 0=1 для производства (потребления) механической работы и 9=0 для минимального температурного уровня Tmin (например, температуры производства холода в испарителе). Исходя из ур. (2.61) значение 0=0 соответствует температуре окружающей среды, однако усложняет графические построения, поэтому П. Jle Гофф предложил ур. (2.61) переписать в виде
(5.16)
Диаграмма в-Q не учитывает свойств рабочего вещества, что делает ее универсальной для проведения анализа, в том числе сравнительного. Свойства рабочего вещества уже содержатся в величинах Qk.
Процесс в испарителе ограничим рассмотрением исключительно зоны кипения рабочего вещества, процесс в конденсаторе - зоной конденсации.
Рис.5.23. Графический метод эксергетических балансов для анализа холодильной машины: а) схема машины с исходными данными; б) построения в
Диаграмме в-Q
Основные линии в диаграмме 6-Q: 2-9 - кипение рабочего вещества в испарителе, 3-4 - процесс изменения температуры промежуточного хладоносителя в испарителе, 5-6 - процесс конденсации рабочего вещества в конденсаторе, 11-12 - процесс изменения температуры промежуточного теплоносителя в конденсаторе.
Эксергия потока промежуточного хладоносителя эквивалентна пл.(2-3-4-9) под линией изменения температуры промежуточного
Хладоносителя от Т™од до Тв™. Необходимо различать деструкцию эксергии в испарителе и полезную эксергию, ради производства которой и создается холодильная машина. Эксергия холода изображается пл.(3-4-10и с точки зрения эксергетического анализа представляет эксергию продукта. Пл.(2-3-4-9) описывает деструкцию эксергии в испарителе в процессе теплообмена между хладоносителем и кипящим рабочим веществом.
Эксергия конденсирующегося рабочего вещества описывается пл. (1-9-5-6) и распределяется на две части:
• эксергию, выводимую из холодильной машины в окружающую среду через теплоноситель, который в конденсаторе изменяет температуру соответственно температурным факторам Карно от
В™ до в*™. Эта эксергия выражается пл.(1-9-11-12)
• деструкцию эксергии в конденсаторе вследствие наличия разницы температур - пл.(5-6-12-11
Механическая эксергия WKM, вводимая в систему в качестве первичной для работы компрессора, эквивалентна пл.( 1-2-7-8), и с точки зрения эксергетического анализа представляет эксергию топлива, для которого 0=1.
Эксергетический баланс холодильной машины записывается в
Виде
Q0exmm + WKM =
= Qk ecpm + Qo (вхоГ - во) + QK (Ok - всрт)+ An, (5.17)
Сумма деструкций эксергии
Где вхолт и всрт - средние значения температурного фактора Карно для неизотермических процессов изменения температуры промежуточных хладо - и теплоносителя, соответственно.
Приравняв А вк нулю, получаем WKm - Qk&k~ An.
Суммарная деструкция эксергии внутри холодильной машины эквивалента разнице площадей [пл. (1-2-7-8) - пл. (1-9-5-6)]. Эта величина носит название анергии An.
Введем фиктивную температуру (температурный фактор Карно в[17]), которая удовлетворяет равенству Wkm-Qk Тогда можно записать An = QK (О* - вк). Проведем линию 13-14 с ординатой в*. Пл. (5-6-13-14) эквивалентна суммарной величине An для всей холодильной машины, поэтому Ап=0 соответствует холодильной машине с полностью обратимыми процессами.
Сложную фигуру 1-2-3-4-11-12-1 необходимо анализировать с позиций анергии, которую рациональным было бы превратить в эксергию, например, при создании системы регенеративного теплообмена.