Эксергия. Эксергетические потери и КПД.

Известно, что тепловой поток и работа являются неравноценными видами энергии, поскольку превратимость теплового потока в другие виды энергии ограничивается вторым законом термодинамики, а работа является неограниченно превратимой формой энергии. В связи с этим, особенно при анализе сложных систем, используют понятие эксергии.

Эксергия представляет собой энергию, которая при участии окружающей среды может быть преобразована в любую другую форму энергии. Ее определяют как работоспособную часть энергии.

Эксергия системы остается неизменной при обратимом протекании процессов взаимодействия с окружающей средой и внутри системы и уменьшается, если какой-либо процесс является необратимым. Эксергия рабочего тела в произвольном состоянии , где – эксергия окружающей среды.

В большинстве случаев удобнее оперировать с разностями эксергии, относящимися к рассматриваемым состояниям рабочего тела. Разность эксергии в двух произвольных состояниях рабочего тела

.

Рассмотрим адиабатные процессы сжатия в ЦКМ и расширения в ТД. В изоэнтропных процессах сжатия и расширения и изменение эксергии равно изменению энтальпии: . Для необратимых адиабатных процессов уравнение эксергетического баланса имеет вид

,

где знак плюс относится к процессам сжатия, знак минус – к процессам расширения; – потеря эксергии от необратимости процесса.

Обычно полезный эффект ТД оценивают удельной холодопроизводительностью или мощностью. При эксергетическом анализе под полезным эффектом, получаемым в адиабатном детандере, понимают сумму внешней работы и эффекта охлаждения , который определяется разностью эксергий в конечном состоянии и в состоянии, характеризуемом начальной температурой и конечным давлением.

Суммарный полезный эффект при

Эксергетический КПД ТД определяется выражением

,

где – изменение эксергии в действительном процессе н–к.

При Т_н<Т_о.с эксергетический КПД меньше изоэнтропного, так как потери эксергии П больше потери холода .

Эксергетический КПД ЦКМ можно определить следующим образом:

.

При Т_о.с=Т_н этот КПД больше изоэнтропного и политропного, так как потери эксергии меньше потери работы и меньше диссипированной энергии в процессе н–к.