Термодинамическая доступность энергии

Достаточно простое и тем не менее строгое изложение подхода, основанного на единственной аксиоме, а также широкий охват важной проблемы термодинамической доступности энергии и связанного с ней понятия об эксергии делают эту книгу, по нашему мнению, уникальной. [c.7]

Химическая термодинамика — отнюдь не легкий предмет, и автор надеется, что та тщательность, с которой этот материал был изложен в двух больших последних главах, принесет читателю удовлетворение. В конце последней главы развитые ранее представления о термодинамической доступности энергии и эксергии [c.8]

ПРОЦЕССЫ С ОДНИМ РЕЗЕРВУАРОМ И ТЕОРЕМЫ ОБ ОБРАТИМОЙ РАБОТЕ КАК ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМУ термодинамической доступности ЭНЕРГИИ (С ПРИЛОЖЕНИЕМ В) [c.129]

Ввиду отсутствия более строгого определения температуры до сих пор мы довольствовались произвольной температурой 0, которую можно зарегистрировать, например, с помощью ртутного термометра. Таким способом мы по меньшей мере можем установить, постоянна ли температура. В разд. 1.15.3, 6.5 и 8.9 отмечалось, что строгая количественная мера температуры системы будет определена как некоторая ее характеристика, называемая термодинамической температурой и обозначаемая буквой Г. Прежде чем мы сможем приступить к этой задаче, мы должны изучить поведение обратимых (а следовательно, гипотетических) циклических устройств, обменивающихся теплом с двумя тепловыми резервуарами. Для этого удобно вначале изучить поведение таких устройств, которые обмениваются теплом с одним тепловым резервуаром. Для краткости мы будем при этом говорить о процессах с одним резервуаром. Их изучение не только подготовит почву для введения понятия о термодинамической температуре, но и послужит отправной точкой для обсуждения чрезвычайно важной проблемы термодинамической доступности энергии, касающейся области термодинамики равновесных процессов. Подробно эта проблема будет изучена в последующих главах, в которых внешняя среда будет рассматриваться как аналог одного теплового резервуара, участвующего в работе нашего устройства, производящего или потребляющего работу. [c.129]

МОЙ В процессе перехода между двумя заданными устойчивыми состояниями в результате теплообмена с одним тепловым резервуаром (т. е. с опорным резервуаром при температуре 0d). Переходя к проблеме термодинамической доступности энергии, касающейся доступности энергии для совершения работы, в гл. 13 мы рассмотрим еще одно важное приложение этой теоремы. Ниже будут доказаны две теоремы о полной работе, совершаемой системой в указанных условиях первую из этих теорем можно сформулировать следующим образом [c.131]

Этот термин будет использоваться в г,п. 13 при изучении термодинамической доступности энергии- [c.137]

Первая теорема об обратимой работе, относящаяся к нециклическим процессам перехода между заданными устойчивыми состояниями, служит отправной точкой для обсуждения весьма важной проблемы из области классической термодинамики, известной под названием термодинамической доступности энергии (гл. 13— 15). Однако в настоящей главе эта теорема была использована лишь для доказательства второй теоремы об обратимой работе, в которой рассматривается частный случай аналогичного, но только циклического процесса. При этом было показано, что если такой процесс является полностью обратимым, то как суммарное количество полной работы, совершаемой в замкнутом цикле, так и суммарное количество тепла, обмениваемое с резервуаром, равны нулю. Важность этой теоремы станет более очевидной при рассмотрении абсолютного нуля термодинамической температуры (гл. 11) и при введении энтропии (гл. 12). В этой же главе мы воспользовались второй теоремой лишь в качестве основы для обсуждения интересного вопроса о том, насколько близко можно подойти к реализации гипотетических устройств, получивших в гл. 8 название нециклического и циклического вечных двигателей второго рода. Третья теорема об обратимой работе рассматривается в приложении Б в конце главы. [c.141]

Третья теорема об обратимой работе понадобится нам при расчете потери совершаемой работы (или избыточного ее потребления), обусловленной необратимостью. Это будет сделано в гл. 15 по мере дальнейшего изучения понятий и теорем о термодинамической доступности энергии. [c.147]

Во многих учебниках введению понятия об энтропии предшествует рассмотрение неравенства Клаузиуса, в то время как мы обошлись без этого неравенства. Здесь же мы обсуждаем неравенство Клаузиуса лишь для того, чтобы читатель знал о его существовании. Вывод этого неравенства основан непосредственно, на представлении о производстве энтропии, связанном с необратимостью. В том виде, как это неравенство выводится во многих учебниках, оно, по существу, является одной из теорем о термодинамической доступности энергии, хотя до сих пор оно таковым не считалось. [c.188]

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ДОСТУПНОСТЬ ЭНЕРГИИ I. [c.214]

Прежде чем приступить к детальному изучению термодинамической доступности энергии, имеет смысл ввести две дополнительные характеристики, которым в дальнейшем будет отведено очень важное место. [c.216]

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ДОСТУПНОСТЬ ЭНЕРГИИ II. ПРИМЕНЕНИЕ К СТАЦИОНАРНЫМ ПОТОКАМ [c.236]

Если желательно определить степень энергоэффективности реальной установки, то для этого проще всего непосредственно рассчитать рациональный к. п. д. открытой установки для получения работы, содержащейся внутри контрольной поверхности S. Это должно повысить интерес инженера к последней, а в действительности — к термодинамической доступности энергии в целом, что, однако, не отрицает важности и полезности изучения тепловых к. п. д. циклических установок. [c.242]

Все до сих пор рассмотренные применения теорем о термодинамической доступности энергии относились к установкам, производящим работу. По-видимому, лучшим способом демонстрации ценности этих теорем при изучении установок, потребляющих работу, будет вывод критерия совершенства установки для сжижения газа, основанной на процессе Линде. [c.245]

В настоящей главе мы приступили к изучению простых паровых энергетических установок и установок для сжижения газа, что позволило на примере реальных технологических процессов продемонстрировать применение несколько абстрактного исследования термодинамической доступности энергии, выполненного в предыдущей главе. При этом нам удалось установить критерии совершенства детально изучавшихся нами установок. В следующей главе мы вернемся к абстрактному изучению термодинамической доступности энергии и докажем некоторые теоремы о потерях при совершении работы (или избыточно потребляемой работы), обусловленных необратимостью. [c.248]

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ДОСТУПНОСТЬ ЭНЕРГИИ ill. ЭФФЕКТЫ НЕОБРАТИМОСТИ И ТЕОРЕМЫ О ПОТЕРЯННОЙ РАБОТЕ [c.249]

Как отмечалось в разд. 13.1, при изучении доступности чрезвычайно важно иметь в виду, что в рассматриваемых ситуациях в результате некоторого нециклического процесса происходит переход между двумя заданными устойчивыми состояниями в присутствии определенной воображаемой внешней среды, с которой система или жидкость может обмениваться теплом. При этом отправной точкой для изучения термодинамической доступности энергии послужила первая теорема об обратимой работе (разд. 10.4). Согласно этой теореме, полная работа, совершаемая при необратимом переходе между заданными состояниями 1 и 2 при указанных условиях, будет меньше аналогичной работы, совершаемой при обратимом переходе между теми же состояниями. Кроме того, было показано, что во всех обратимых переходах между одними и теми же состояниями совершается одна и та же работа [( g)rev]f разд. 10.6 было [c.249]

После того как мы дали определение к. п. д. работающего в стационарном режиме нагревательного устройства типа парового котла, было продолжено начатое в гл. 14 обсуждение эффективности полной паровой энергетической установки, поскольку теперь мы уже учитывали наличие процесса горения. Это позволило дать определение общего к. п. д., который затем был сопоставлен с рациональным к. п. д., введенным в гл. 13 при изучении термодинамической доступности энергии. На этом пути удалось установить рациональный критерий совершенства рассматриваемой установки [c.308]

СОПРОВОЖДАЮЩИХСЯ ХИМИЧЕСКИМИ РЕАКЦИЯМИ. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ДОСТУПНОСТЬ ЭНЕРГИИ IV. НЕОГРАНИЧЕННОЕ РАВНОВЕСИЕ С ВНЕШНЕЙ СРЕДОЙ. [c.397]

Изменение функции Гиббса (свободной энтальпии) в некоторой химической реакции является весьма важной характеристикой, поскольку, как мы видели при изучении термодинамической доступности энергии (гл. 13), она входит как основной элемент в выражения для обратимой работы (см. табл. 13.1). Свободной энтальпией реакции, обозначаемой символом AGr, мы назовем изменение функции Гиббса в данной химической реакции, в которой реагенты поступают по отдельности при Гири продукты которой уходят по отдельности также при Г и р. [c.408]

Существует лишь единственный набор пропорций, в которых Ai и Аг могут поступать в ящик при одновременном отведении Аз и А4 без нарушения равновесного состава в ящике. Этот случай реализуется тогда, когда скорости поступления Ai и Аг и отвода Аз и А4 пропорциональны соответствующим стехиометрическим коэффициентам. Так, если мы медленно подаем vi молей Ai и V2 молей Аг при медленном отводе ъ молей Аз и V4 молей А4, то в течение всего процесса в ящике сохранится одинаковый равновесный состав при одних и тех же значениях Т и рв- Таким образом, мы могли бы провести всю реакцию полностью обратимо, если бы подавали реагенты в стехиометрических пропорциях при соответствующих парциальных давлениях и отводили продукты также в стехиометрических пропорциях и при соответствующих парциальных давлениях. Вскоре мы распространим изучение термодинамической доступности энергии на случаи, когда необходимо учитывать химическое равновесие, и тогда рассмотренный воображаемый способ проведения обратимого химического процесса окажется исключительно полезным. [c.416]

Рассмотренный процесс имеет один недостаток, который состоит в том, что все чистые компоненты находятся при разных давлениях. В следующем разделе мы покажем, как этот недостаток довольно легко преодолевается. После этого мы сможем привести новое доказательство равенства (20.41) и одновременно связать его с одним из утверждений, сформулированным в разд. 13.13 при анализе термодинамической доступности энергии. [c.416]

Заметим, между прочим, что этот результат мы могли бы получить непосредственно из рассмотрения термодинамической доступности энергии в гл. 13 — он соответствует равенству (13.28) из разд. 13.13 и был получен таким же способом. [c.419]

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ДОСТУПНОСТЬ ЭНЕРГИИ IV. НЕОГРАНИЧЕННОЕ РАВНОВЕСИЕ С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ [c.420]

Далее мы рассмотрели, как можно было бы мысленно осуществить полностью обратимую химическую реакцию с помощью некоторого гипотетического устройства, известного под названием равновесного лирика Вант-Гоффа. Это устройство вместе с идеальными турбинами и компрессорами позволило рассмотреть полностью обратимый процесс в режиме стационарного потока с участием химической реакции, причем все реагенты и продукты соответственно поступают и отводятся раздельно друг от друга, но при одних и тех же значениях температуры и давления. Такой процесс был использован для альтернативного доказательства соотношения между ЛСг и Кр. Это доказательство позволило обратить внимание на то, что Кр относится к равновесной смеси всех компонентов, участвующих в реакции, а величина AGr — к суммарной реакции, в которой реагенты и продукты существуют раздельно. Изучение этого идеализированного полностью обратимого процесса естественно привело к обобщению выполненного в гл. 13 анализа термодинамической доступности энергии. [c.438]

Проведенное нами ранее исследование термодинамической доступности энергии, и в частности вопроса об эксергии, относилось лишь к ограниченному равновесию с воображаемой внещней средой в том смысле, что допускалось лишь механическое и тепловое равновесие. Здесь это исследование было обобщено на случай неограниченного равновесия с внешней средой, в котором наряду с механическим и тепловым рассматривается химическое равновесие. Это позволило вычислить различные новые виды эксергии, характеризующей минимальную обратимую полезную работу, которую необходимо затратить на экстракцию смеси отдельных химических компонентов из внешней среды. Было показано также, что из этих выражений непосредственно следуют все выражения для доступной энергии и эксергии, найденные в гл. 13. Кроме того, эти выражения позволили определить рациональный к. п. д. экстракции. [c.438]

Глава 13. Термодинамическая доступность энергии I. [c.444]

Глава 14. Термодинамическая доступность энергии П. [c.448]

Глава 15. Термодинамическая доступность энергии III. [c.450]

Термодинамическая доступность энергии IV. Неограниченное равновесие с внешней средой [c.470]

Основанный на единственной аксиоме подход изложен Хацо-пулосом и Кинаном в довольно объемистом и сложном для восприятия труде [1], однако в нем уделялось мало внимания важному вопросу о термодинамической доступности энергии. Книга не была переведена на русский язык. По этой причине автор надеется, что упрощенное изложение указанного подхода в настоящей книге будет приветствоваться в Советском Союзе не только инженерами и специалистами по химической технологии, но и химиками и физиками. Вместо того чтобы слепо следовать Хацопулосу и Кинану, автор знакомит читателя со своими собственными идеями. В частности, одним из новшеств является введение генеалогического древа термодинамики. Далее, в разд. 8.2, автор вводит понятие о нециклическом вечном двигателе второго рода нециклическом ВД-2) как непосредственном нециклическом эквиваленте общеизвестного циклического ВД-2. Симметрия, которая вносится этим понятием в соответствующие нециклическую и циклическую формулировки так называемых первого и второго законов , очевидна из генеалогического древа термодинамики, приведенного на рис. 8.5. Из этого рисунка также отчетливо видно, что циклические формулировки так называемых первого и второго законов , с которых начинается изложение классической термодинамики во [c.7]

Наиболее важным из последних достижений в области термодинамики равновесных процессов является подход Хацопулоса и Кинана [1], основанный на единственной аксиоме. Этот подход позволил показать, что считавшиеся ранее в корне различными законы термодинамики логически следуют из единственного фундаментального закона устойчивого равновесия. Другое важнейшее достижение связано с проблемой термодинамической доступности энергии и понятием об эксергии. Проблема термодинамической доступности сводится к решению вопроса о том, в какой мере энергия доступна для производства работы. В последнее время значение этого вопроса резко увеличивается в связи с поясками путей экономии энергии. Несмотря на то что этот вопрос был поставлен еще Дж. У. Гиббсом и Дж. К. Максвеллом свыше ста лет назад и довольно интенсивно разрабатывался в Германии, [c.12]

Ранняя книга Кинана [3], опубликованная в 1941 г., оказала благотворное влияние на преподавание термодинамики в учебных заведениях для инженеров в США и Великобритании. Однако, поскольку в этой книге понятия и теоремы классической термодинамики равновесных процессов выводились из циклической формулировки первого и второго законов, в результате получилась нежелательная концентрация внимания на циклических процессах в ущерб более естественным нециклическим процессам. Напротив, закон устойчивого равновесия Хацопулоса и Кинана, из которого первый и второй законы получаются как следствия, по существу, относится к нециклическим процессам. В равной мере это справедливо и для теорем о термодинамической доступности энергии. К сожалению, в циклическом подходе природу истинного источника необратимости не удается выявить слишком долго, в то время как в нециклическом подходе она проясняется с самого начала. Более того, циклический процесс в какой-то степени является искусственной конструкцией. Естественные процессы, протекающие в физическом мире, имеют в основном нециклический характер, причем циклический процесс рассматривается как особый случай, в котором реализуется такая последовательность нециклических процессов, что конечное термодинамическое состояние системы совпадает с начальным. Далее, если исходить из недоказанных утверждений о циклических процессах, то не удается естественным путем прийти к теоремам о термодинамической [c.13]

Около 50 лет назад Кинан получил выражение для термодинамической доступности энергии в условиях существования стационарных потоков. Это выражение обещало оказаться столь же революционным по своему влиянию на ход термодинамических рас-суждений, как это было в свое время с выражением для стационарного потока энергии. Оба этих выражения относятся к нециклическим процессам. То обстоятельство, что понятия и теоремы о термодинамической доступности энергии все еще не заняли безусловно заслуживаемого ими важного места, следует [c.14]

Как известно из гл. 9 и 10, полная обратимость могла бы существовать лишь в идеальных термотопических устройствах и установках, а в разд. 10.4 было установлено, что необратимость всегда приводит к потере возможностей совершения работы (или к избыточному ее потреблению по сравнению с идеально необходимым количеством). Поскольку все естественные процессы в какой-то мере необратимы, ясно, что ответить на поставленные вопросы чисто экспериментальным путем невозможно. Поэтому мы вынуждены опираться на силу абстрактного мышления. Изучая особую область термодинамики, названную нами термодинамической доступностью энергии, мы получим целый ряд результатов. Отправной точкой при этом служит первая теорема об [c.215]

Настоящая глава — лишь часть области термодинамики равновесных процессов, называемой термодинамической доступностью энергии. Столь же важной частью является гл. 15, в которой обсуждается вопрос об оценке потерь при совершении работы (или избыточно потребляемой работы), связанных с необратимостью. Этой главе предпослано рассмотрение дополнительных инженерных установок, основанных на использовании стационарного потока, что имеет целью облегчить понимание этой довольно абст-ракт1Гой области. [c.232]

В предыдущей главе в основном анализировались простые системы и открытые фазы в состояниях устойчивого равновесия (устойчивых состояниях), причем особое внимание уделялось равновесию между реагирующими компонентами. В настоящей главе полученные ранее сведения будут применены к изучению потоковых процессов, в которых происходит переход химически активных веществ между заданными начальным и конечным состояниями. При этом будет рассмотрен вопрос о том, как такой процесс мог бы быть обратимым (что возможно лишь в Термотопии ), Это позволит продолжить начатый ранее анализ термодинамической доступности энергии и установить критерии совершенства установок, которые за счет потребляемой работы производят экстракцию или выделение из смеси одного или нескольких компонентов. [c.397]

Теперь с помощью понятий, введенных на рис. 20.4, можно перейти к расщиреппому изучению термодинамической доступности энергии, начатому в гл. 13. [c.420]

В гл. 13 мы вывели выражения для обратимой полезной работы, получаемой при переходе системы (в отсутствие потоков) или жидкости (в режиме стационарного потока) из некоторого заданного начального устойчивого состояния в мертвое состояние (разд. 13.6), соответствующее тепловому и механическому равновесию с окружающей средой при Го и ро- Этот частный случай равновесия между системой или жидкостью и внещней средой мы назвали ограниченным равновесием, а соответствующие идеальные количества работы — беспотоковой эксергией или эксергией в режиме стационарного потока. Эксергия является характеристикой начального состояния системы или жидкости. Кроме того, в разд. 13.6 отмечалось, что иногда понятие о равновесии необходимо обобщить на случай, когда в конечном состоянии жидкость находится также в химическом равновесии с окружающей жидкостью. Такое равновесие было названо неограниченным. Теперь мы можем расширить изучение термодинамической доступности энергии и охватить этот случай. [c.420]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...