2. Аналіз циклу водяної пари за іі законом термодинаміки

Знайдемо основні величини, які характеризують тепломеханічний цикл водяної пари. Теплота, яка підводиться від гарячого тіла до робочого тіла у циклі дорівнює:

Q₁ = Q_2-3 = 7998,86 кДж

Теплота, яка відводиться від робочого тіла холодному джерелу у циклі становить:

Q₂ = Q_3-4 + Q_4-5 + Q_5-1 = -1213.43 – 1912.85 – 3163.57 = -5813,399 кДж

Корисна робота циклу та термічний коефіцієнт корисної дії знайдемо з рівнянь:

L_ц = | Q₁| - |Q₂| = 7998,86 – 5813,39 = 2185,47 кДж

η_t = L_ц / Q₁ = 2185,47 / 7998,86 = 0.27 або 27%

Термічний коефіцієнт Карно:

η_tк=( 1 - 100% = (1 – (483 / 761,75))100% = 36.6%

Отримані результати свідчать що незалежно від природи робочого тіла, ідеальний газ чи водяна пара, цикл Карно є найефективнішим.

1. Ексергетична оцінка

Мірою, яка характеризує якісне перетворення будь-якого виду енергії, а отже досконалість установки, у якій це перетворення відбувається, є ексергія.

Для проведення ексергетичної оцінки теплообмінного агрегату задамося на основі літературних джерел наступними параметрами:

• Температура навколишнього середовища

• Відсоток витрат теплоти теплообмінника агрегатом у навколишнє середовище I = 3%

• Зміна ентропії гарячого носія теплообмінного пристрою _∆h = _∆S_г = 7 кДж/K

Знайдемо кількість теплоти, що передається до водяної пари у теплообмінному агрегаті. Для цього розглянемо термодинамічний цикл, який здійснюється водяною парою.

Кількість теплоти, яку отримує водяна пара у теплообмінному апараті, дорівнює теплоті процесів Q_2-3.

Це тому, що тільки у цих процесах циклу ентропія водяної пари збільшується.

Ця кількість теплоти Q_2-3 = 7998,86 кДж

Знаючи відсоток витрат у теплообмінному апараті, знаходимо наявну кількість теплоти у теплообміннику.

Q_н = Q_2-3/(100% - i) 100% = 7998,86 / (1 – 0.04)= 8332,14 кДж

Розрахуємо енергію цієї теплоти згідно за формулою:

E₁ = Q_н(1 – (/)) = 8332,14 (1 – 300 /1190,305) = 6232,138 кДж

де - середньо-термодинамічна температура гарячого теплоносія

= Q_{н/ ∆}S_г = 8332,14 / 7 = 1190,305 кДж

Щоб розрахувати ексергетичний ККД (η_екс = 1- (E_{2 /} E₁)), необхідно знати ексергію теплоти утвореної водяної пари, яка виходить з установки

E₂ = Q_н(1 – (/)) = 8332,14( 1 – (300/746,75))=4984,778 кДж

де ­ температура водяної пари, що залишає теплообмінний агрегат. Ця температура збігається з кінцевою температурою процесу 2-3 ­ ізотермічного розширення робочого тіла.

Отже,

= 473,75 + 273К = 746,75 К

Обчислимо ексергетичний ККД

η_екс = E_{2 /} E₁ = 4984,778/ 6232,138 = 0.799 або 79,9 %

Визначимо традиційний ККД теплообмінного агрегату, який розраховується як відношення теплоти, яку корисно використано, до підведеної теплоти:

η_т.у. = Q₁/ Q_н = Q_2-3 / Q_н = 7998,86 / 8332,14 = 0.96 або 96 %

Очевидно, що:

η_т.у. > η_екс

Таким чином, з точки зору передачі теплоти, теплообмінний агрегат є достатньо ефективним апаратом, а з точки зору працездатності робочого тіла (ексергії), його не можна вважати досконалим пристроєм тому, що відсоток знецінювання енергії робочого тіла є достатньо високим – 16,1 %