Эксергетический анализ

Определение эффективности отдельных аппаратов, установок и систем в целом базируется на эксергетической методе анализа, позволяет не только вычислять эксергетический КПД, но и определять потери эксергии в отдельных аппаратах, машинах и элементах установок.

Основные принципиальные положения эксергетического метода базируются на определении работоспособности (любого вида энергии "), которая исчисляется в отношении термодинамических параметров окружающей среды. Под окружающей средой, как правило, понимается среду с фиксированными параметрами, отражающими наиболее частый среднестатистический состояние атмосферы у поверхности земли. Здесь за параметры окружающей среды принято Гос = 293 К (20 ° с) и р 0,1 МПа.

Любое количество энергии (любого вида) по отношению к окружающей среде обладает максимальной работоспособности, то есть максимальной работой, которая может быть получена (в обратном процессе) от данного количества энергии в условиях окружающей среды. Эта максимальное количество работы называется эксергией. Соотношение между эксергией Е и энергией С устанавливается коэффициентом работоспособности т

Для механической и электрической энергии т = 1. для тепла

где ос - температура окружающей среды, К; Т - температура подвода (или отвода) тепла, К.

Таким образом, эксергией тепла (теплового потока) называется максимальное количество работы, которая может быть получена при обратном переводе данного количества тепла по температурному уровня Т на температурный уровень окружающей среды Тос.

Для теплотехнических процессов, проходящих при Т> ос, коэффициент работоспособности всегда положительный и меньше единицы (0 <т <1).

Для низкотемпературных (холодильных и криогенных) процессов получения холода или отвода от охлаждаемых объектов протекает при 7 * <7оС "осуществляется только при расходе работы. Этот момент характеризуется знаком "минус" при коэффициенте работоспособности т <0. Таким образом, для определения эксергии холода т можно брать по абсолютному значению, отвергая знак "минус" £ Ь = й) | т? ^ "• потому учитывать изменение направления теплового потока Е0 = -2Ь | -т? | 0.

Для получения холода в идеальном цикле Карно расходуется минимальное количество работы, которую необходимо, чтобы обратным путем трансформировать данное количество тепла (получить холод) с температурой уровня Т на температурный уровень окружающей среды Тос. Удельный эксергии рабочего тела, кДж / кг (воды, воздуха, фреона, кислорода, гелия и т.д.), которое находится в фиксированном состояния, характеризующегося термодинамическими параметрами (р, 7А, $) "определяется уравнением

где Н и 5 - энтальпия и энтропия вещества в данном состояния; ^) С "70С, ^ 0С - энтальпия, температура и энтропия вещества при параметрах окружающей среды.

Полученные значения используются для составления эксергетической балансов. На основе эксергетического баланса, который можно составить как для отдельных аппаратов и элементов, так и для установки и системы в целом

(£ ^ вх = ^ евых где потери эксергии), определяются потери эксергии, значения которых зависят от эффективности работы установки. На основе энергетического баланса всегда можно определить степень термодинамического совершенства установки (аппарата) или системы:

Эксергетический КПД реальных установок, аппаратов и систем наиболее правильно отражает эффективность процессов, происходящих и всегда находится в пределах 0 <те <1. эксергетический КПД может быть также определен и через интегральные показатели, которые отражены полезным эксергетическим эффектом и потраченной работой. Так, если для низкотемпературных (холодильных и криогенных) установок полезным эффектом является холодопроизводительность, то эксергетический КПД определяется как

где 0) - холодопроизводительность, (тд) 0 - коэффициент работоспособность способности холода; N - потраченная мощность.

Аналогично можно определить значение эксергетической КПД для любого вида трансформаторов, всегда имея в виду необходимость выражать красный (полученный) эффект от установки и потраченную энергию для работы установки в эксергетической величинах.