Потери эксергии и эксергетический баланс

В необратимых процессах энтропия внутри системы (S_jrr) возрастает, при этом часть энергии диссииирует (рассеивается). Во всех процессах энергообмена система вступает в контакт с окружением. При этом взаимодействие осуществляется за счет изменения рабочих координат, выбор которых зависит от способа энергообмена. В частном случае это могут быть объем и энтропия, которые характеризуют работу сжатия и процессы теплообмена. Как уже говорилось, полное изменение энтропии системы складывается из энтропии, которая передается через границы системы 5^ГС, и энтропии, которая производится вследствие диссипации энергии.

Рассмотрим закрытую систему, для которой dS^YC =dSq. Эквивалентного изменения энтропии в такой системе можно добиться путем проведения обратимого процесса (dS_irr = 0) и дополнительного подвода количества теплоты, равного энергии диссипации d^x? — TdS_itr:

Тогда изменение энтропии равно.

Если модельная система содержит машину для преобразования тепла в работу, то, как было показано выше, только часть подведенной теплоты dQ' можно преобразовать в работу.

Если процесс изначально является обратимым (б/Ч^/ = 0), то максимальная работа, которую можно бы получить от количества теплоты dQ, равна.

Однако в нашем модельном процессе в теплоту превращается еще и энергия диссипации r/ЧЛ поэтому мы получаем добавку к максимальной работе Таким образом, диссипированная энергия не теряется полностью, часть ее можно превратить в эксергию.

На рис. 3.3 изображен модельный обратимый процесс, в котором диссипированная энергия подводится к системе в виде теплоты и превращается в работу dW_er

Из данного количества диссипированной энергии d’V можно преобразо;

f Т {Т ^

вать в работу только часть ее, 1 —— б/Ч^/. Оставшаяся часть — dЧ^/ пере;

Т) Т)

дается в окружающую среду в виде тепловой энергии. Потерянную долю энергии можно представить как.

Рис. 3.3. К преобразованию диссипированной энергии в работу Именно на эту величину следует уменьшить максимальную работу, которую можно получить в необратимом процессе. По сути дела, это потеря эксергии E_xvl2, .

По аналогии с вышеприведенными определениями потеря эксергии E_xv 12 — анэргия диссипированной энергии.

Для необратимого процесса в закрытой адиабатной системе полное изменение энтропии равно изменению энтропии внутри системы, dS = dS_in, поэтому потеря эксергии определяется по формуле.

Итак, для эксергии не выполняется закон сохранения. В любом необратимом процессе эксергия уничтожается, и максимальная работа, которую может совершить система, убывает.

Потерю эксергии можно подсчитать, если известна величина диссипированной энергии. Примеры формул для расчета потерь эксергии для нескольких процессов приведены в табл. 3.1.

В и. 5 речь идет о теплообменнике. Разница температур двух жидкостей равна ТТ₂. Систему можно считать адиабатной, процесс теплообмена необратим, производство энтропии dS_jrr

Примеры формул для расчета потерь эксергии.

при этом предполагается, что теплообмен Q_; происходит при постоянной температуре Г.

Нетрудно видеть, что эксергетический баланс напоминает энтропийный баланс, и это верно, поскольку.

а производство энтропии можно рассчитать, используя баланс энтропии.