Материал: Семинар_06_МВА_Эксергия_тела_потока_1
Семинар по ТТД №06.
MVA
Эксергия термодинамических систем (эксергия неподвижной системы и
эксергия потока).
Эксергия неподвижной системы.
Рассмотрим неподвижную термодинамическую систему (ТС). Она представляет собой цилиндр с поршнем. Внутри располагается реальный газ с параметрами: давлением p1 и температурой T1. Имеется окружающая среда (ОС) с давлением pОС и температурой TОС. Приведем ТС в равновесие с окружающей средой. При этом получим максимальную работу.
Особенности задачи:
1.При прочих равных условиях, максимальной работоспособностью обладают обратимые процессы.
2.Обратимым процесс передачи тепла может быть только при бесконечно малой разности температур dT.
3.При увеличении объема системы будет совершаться неизбежная работа против ОС. Ее нельзя использовать.
На рис. 6-1 представлена T, s- диаграмма процесса приведения неподвижного тела в равновесие с ОС. При этом совершается максимальная работа ТС.
Процессы:
1. 1 – а. Изоэнтропный процесс, температура ТС приводится к температуре ОС.
2. а – Ос. Изотермический процесс. Давление ТС
ОС |
приводится к давлению ОС. |
|
Рисунок 6-1.
Работа расширения для процесса 1 – а: |
|
|
dq = du + dlрасш dlрасш = du lрасш = uнач – uкон , |
(5-1) |
|
lрасш_1a = u1 – ua . |
(5-2) |
|
Второй процесс а – ОС идет при T = TОС = const: |
|
|
T·ds = du + dlрасш . T·(sкон – sнач) = uкон – uнач + lрасш , |
(5-3) |
|
lрасш_а_ОС =TОС ·(sОС – sa) – (uОС – ua) . |
(5-4) |
|
lmax = lрасш_1a + lрасш_а_ОС = u1 – ua + TОС ·(sОС – sa) – (uОС – ua) , |
(5-5) |
|
sa = s1, |
lmax = u1 – uОС + TОС·(sОС – s1) . |
(5-6) |
Учитываем «балластную» работу ТС против ОС: |
|
|
ex1 = lmax_полезн = u1 – uОС + TОС ·(sОС – s1) – pОС·(vОС – v1) , |
(5-7) |
|
или |
|
|
ex1 = u1 – uОС – TОС ·(s1 – sОС) – pОС·(vОС – v1) . |
(5-7а) |
|
ОС
Эксергия стационарного потока.
Рассмотрим стационарный поток с давлением p1 и температурой T1. Имеется окружающая среда (ОС) с давлением pОС и температурой TОС. Приведем данный поток в равновесие с окружающей средой. При этом получим максимальную работу.
Особенности задачи:
1.При прочих равных условиях, максимальной работоспособностью обладают обратимые процессы.
2.Обратимым процесс передачи тепла может быть только при бесконечно малой разности температур dT.
3.Считаем что, кинетическая энергия потока незначительная d(w2/2) ≈ 0, перепадами высот в канале можно пренебречь dz ≈ 0.
На рис. 6-1 представлена T, s- диаграмма процесса приведения неподвижного тела в равновесие с ОС. При этом совершается максимальная работа ТС.
Процессы:
1. 1 – а. Изоэнтропный процесс, температура ТС приводится к температуре ОС.
2. а – Ос. Изотермический процесс. Давление ТС
ОС |
приводится к давлению ОС. |
|
Рисунок 6-1.
Техническая работа для процесса 1 – а (1-й закон термодинамики для стационарного потока):
dq = dh + dlтех + g·dz + w·dw dlтех = –dh lтех = hнач – hкон , |
(5-8) |
|
lтех_1a = h1 – ha . |
(5-9) |
|
Второй процесс а – ОС идет при T = TОС = const: |
|
|
T·ds = dh + dlтех . |
T·(sкон – sнач) = hкон – hнач + lтех , |
(5-10) |
lтех_а_ОС =TОС ·(sОС – sa) – (hОС – ha) . |
(5-11) |
|
lmax = lтех_1a + lтех_а_ОС = h1 – ha + TОС·(sОС – sa) – (hОС – ha) , |
(5-12) |
|
sa = s1, |
ex1 = lmax = h1 – hОС + TОС·(sОС – s1) , |
(5-13) |
или |
|
|
ex1 = h1 – hОС – TОС·(s1 – sОС) . |
(5-13а) |
|
ОС