Отличие эксергии от энергии.

Энергия: 1. Зависит только от параметров рабочего тела (не зависит от параметров ОС). 2. Подчиняется закону сохранения Э^ = Э^. 3. Превращение одних видов в другие ограничено в том числе и для обратимых процессов.

Эксергия: 1. Зависит как от параметров рабочего тела, так и от параметров ОС. 2. Подчиняется закону сохранения только в обратимых процессах и может уничтожаться в реальных процессах. 3. Превращение одних видов в другие не ограничено для обратимых процессов.

Виды эксергии и ее составляющие.

Для видов энергии первой группы (механической, электрической, ядерной и др.), а также энергий передаваемых в виде работы будет: Е = Э , Е = L .

Для второй группы энергий (молекулярной, химической), а также энергии передаваемой в виде теплоты выделяют следующие виды эксергии:

– эксергия вещества в замкнутом объеме Е_v , Дж ; e_v Дж/кг;

– эксергия потока вещества Е , Дж или Вт ; e Дж/кг;

– эксергия потока теплоты Е_q , Дж или Вт ; e_q Дж/кг;

– эксергия потока излучения Е_и , Дж или Вт ; e_и Дж/м².

Эксергия вещества в замкнутом объеме и в потоке вещества состоит из 1. термической e_T (e_T = e_T(T)); 2. механической (деформационной) e_p (e_p = e_p(p)); 3. реакционной e_r (обусловленной химическими реакциями между веществом системы и ОС); 4. концентрационной e_C (зависящей от разностей концентраций в системе и ОС). Все отмеченные виды эксергии можно суммировать.

Транзитная эксергия – часть потока эксергии, проходящая через техническую систему и не участвующая в процессах преобразования. Например, смешение и разделение веществ без образования новых веществ. Параметры данного вида эксергии совпадают с соответствующими параметрами ОС.

Эксергетический баланс.

Для технологической системы можно составить материальный, энергетический и эксергетический балансы.

Материальный баланс: m^_ОС + m^ = m + m^ ,

m – изменение массы вещества в системе, ^ – параметры в начале процесса (на входе); ^ – в конце процесса (на выходе).

Энергетический баланс: Q^ + L^ = Q^ + L^ + Q_ОС ,

Q_ОС – теплота уходящая (приходящая) в ОС.

Эксергетический баланс: E^  E^.

В данном случае E имеет размерность энергии. Знак «=» получится, если учесть потери эксергии D в правой части неравенства, обусловленные необратимостью процессов.

D = T_ОСS > 0 ; – уравнение Гюи-Стодолы,

где S – изменение энтропий всех веществ, участвующих в процессе.

Потери эксергии – внутренние и внешние. Внутренние связаны с диссипацией энергии (гидравлическое сопротивление, теплообмен T  0 , массообмен   0). Внешние: сброс вторичного пара, отработанного воздуха, тепловые потери и т. п.

Диаграммы Грассмана.

Потоки эксергии изображают полосами, ширина которой пропорциональна ее величине. Потери эксергии в технической системе ТС показаны штриховкой

Рис. 1.

Эксергетический КПД.

Если полезно используются все потоки выходящей эксергии, то

Если только часть используется по назначению (сушилка, выпарной аппарат), то

Иногда целесообразно использовать «разностный» способ определения _e . Пусть E^ – уменьшение всех входящих потоков эксергии, E^ – возрастание всех потоков эксергии выходящих продуктов, то

(теплообменники, дросселирование).