КПД по энергии и по эксергии

Глубокий смысл понятия эксергия вытекает из эквивалентности убывания эксергии и возрастания энтропии в изолированной системе. Убывание эксергии неизбежно в силу второго закона термодинамики. В отличие от энергии эксергия действительно означает способность производить работу. В обычной повседневной практике слова энергосбережение, экономия энергии на самом деле означают экономию эксергии. В силу закона сохранения материи суммарная масса всех веществ и соединений на земле остается постоянной. Вода любой степени загрязненности может быть очищена до питьевого качества — эта технология хорошо разработана, но она требует затрат эксергии. Любой металл может быть получен и из бедных руд, и из окислов, подобных ржавчине, но и этот процесс требует все больших затрат эксергии. [c.40]

Наиболее наглядно потоки энергии, эксергии и их носителей — заряда, вещества и энтропии — характеризуются диаграммами, которые представляют собой дальнейшее развитие обычных эксергетических диаграмм (см., например, рис. 12) о потоке эксергии в системе шахта-электростанция или (изображено на обложке этой книги) о потоке энергии и эксергии в солнечном пруде. На практике в большинстве случаев все потоки стационарны, т. е. скорости всех носителей энергии постоянны во времени такое допущение будет всегда вводиться. [c.76]

Формула (4-120) исходит из того, что в нашем распоряжении имеются два вида ценной энергии эксергия [c.330]

Энергия = Эксергия -I- Анергия. [c.66]

В теплосиловых установках энергия топлива сначала превращается в тепловую путем его сжигания, а полученная теплота используется для выработки механической энергии. Поскольку горение — неравновесный процесс, он связан с потерей работоспособности тем большей, чем ниже температура Т получаемых продуктов сгорания. Действительно, из формулы (5.31) видно, что эксергия рабочего тела в потоке е возрастает с увеличением ht= p Ti, все более приближаясь по мере увеличения Гi к теплоте реакции. В современных паровых кот- [c.56]

Ш а р г у т Я., Петела Р. Эксергия. Энергия , 1968. [c.485]

Эксергией называется максимальное количество работы, которое может совершить термодинамическая система температурного уровня Т при обратимом ее переходе в состояние теплового равновесия с окружающей средой, т. е. под эксергией понимается та часть энергии, которая может быть полностью превращена в другой вид энергии [c.21]

Введение понятия эксергии позволяет оценить работоспособность того или иного вида энергии. [c.21]

Эксергетический анализ удобен при исследовании сложных технических устройств, в которых используется энергия в различных формах — работа, теплота, электроэнергия, энергия химических превращений ит. д. Обычно составляют эксергетический баланс, в котором подсчитывают приход и расход эксергии потока вещества, теплоты, работы (механической или электрической). Важное значение, в частности, имеет эксергия теплового потока вд. [c.80]

Составим эксергетический баланс для обоих вариантов, используя обозначение е<г( ) для эксергии теплового потока д н учитывая, что е(1)=1 — механическая энергия (работа) равна эксергии. [c.94]

Эксергия вещества в замкнутом объеме рассматривается в закрытых системах. Определим термомеханическую эксергию вещества в замкнутом объеме, т. е. максимальную работу, которую может совершить вещество с начальными параметрами р, V, Т, и, И, S при обратимом переходе в равновесие с окружающей средой, когда его параметры будут иметь значения ро. Vo, То, Uo, ho. So- Для того чтобы вещество перешло в равновесие с окружающей средой, необходимо изменить его внутреннюю энергию за счет подвода (или отвода) к нему теплоты либо за счет совершения им работы, поскольку в соответствии с первым законом термодинамики du = bq - Ы. [c.73]

Максимально возможную работу, которую может совершить система, состоящая из источника энергии и окружающей среды, называют эксергией (Ех = шах). Следовательно, выражение (1.79) представляет собой потери эксергии из-за необратимости протекающих в системе термодинамических процессов. [c.39]

Эксергия массы. Для того чтобы рабочее тело с начальными параметрами р, v, Т, и, h, s обратимо пришло в равновеснее окружающей средой, характеризуемой параметрами р , Vg, Тд, Ug, hg, -s o, необходимо изменить его внутреннюю энергию за счет подвода или отвода теплоты и за счет совершения им работы, поскольку в соответствии с первым законом термодинамики du — bq — Ы. Так как обратимый теплообмен с окружающей средой должен осуществляться при постоянной температуре Тд, то bq = T s. Удельная совершаемая работа при этом будет составлять из удельной максимальной работы б/тах за вычетом удельной работы на преодоление давления окружающей среды p v. Тогда [c.142]

Заметим, что удельная работа I суммируется с другими видами удельной эксергии, так как эксергия работы равна самой работе, которая теоретически может быть полностью преобразована в другой вид энергии. [c.145]

Использование понятий эксергии и эксергетического баланса дает возможность количественно определить влияние необратимости термодинамических процессов на эффективность преобразования энергии. [c.145]

Эксергия 39, 142, 143, 144 Энергия внутренняя 8, 10, 17 [c.255]

Если все процессы, связанные с преобразованием энергии, протекают обратимо, то эксергия системы остается неизменной. Если при этом часть эксергии переходит в работу, то последняя будет максимальной /гпах, а сумма сохранившейся эксергии ех и произведенной работы будет равна начальной эксергии ехх, т. е. [c.131]

Подставив сюда значения L o, AL й p, AL oq и выразив L o через разность эксергий Э—Эо, после простых преобразований с использованием уравнений теплового баланса получим следующее окончательное выражение для коэффициента использования энергии [c.339]

Эксергетический баланс котла. КПД котла, полученный на основе теплового баланса, учитывает лишь потери энергии в установке и не отражает качественных изменений, сопровождающих реальные необратимые процессы. При необратимых процессах в соответствии со вторым законом термодинамики происходит обесценивание энергии, т. е. потеря ею способности передаваться в форме работы. Оценка эффективности работы котла с точки зрения второго закона термодинамики может быть осуществлена на основе баланса эксергии. Эксергия [c.163]

Энергия системы складывается из эксергии и анергии. В соответствии с первым законом термодинамики сумма эксергии и анергии во всех процессах остается постоянной. Из второго же начала термодинамики следует, что во всех необратимых процессах эксергия уменьшается, превращаясь в анергию, и остается постоянной только в обратимых процессах. [c.161]

Следовательно, в отличие от энергии, которая, строго говоря, не может расходоваться и теряться по закону сохранения ее, эксергия, характеризуя запас работоспособности системы, по мере совершения последней работы или при протекании других необратимых процессов, всегда уменьшается, расходуется. Поэтому под эксергетическим КПД двигателей понимают отношение использованной эксергии к подведенной, а теплообменных аппаратов— отношение эксергии теплоносителя на выходе к его эксергии на входе. Так, например, если энергетический КПД ДВС равен примерно 35—40%, то эксергетический — 80—90% и, наоборот, энергетический КПД парового котла составляет 92—96%, а эксергетический — 50—60%. [c.161]

Виды эксергии. Эксергия делится на два основных вида, а именно эксергия видов энергии, не характеризуемых энтропией, для которых она равна самой энергии е = Э (механическая, электрическая и др.), и эксергия видов энергии, характеризуемых энтропией е Э (внутренняя энергия, энергия излучения, термомеханическая, нулевая). Эксергия последних видов энергии подразделяется на эксергию вещества в замкнутом объеме, эксергию потока вещества и эксергию потока энергии. Эксергия вещества в замкнутом объеме состоит из термомеханической (физической), нулевой (химической — в реакторах периодического действия) и излучения. Эксергия потока вещества состоит из термомеханической и нулевой. Эксергия потока энергии состоит из эксергин теплового потока и эксергии излучения. [c.73]

Поток эксергии может быть больше, чем энергии, например в криогенной жидкости или холодном сжатом газе, поэтому нельзя считать, что эксергия это часть энергии. Эксергия — это связанная с энергией, но другая функция. Поток эксергии теплоты, пропорциональный потоку энтропии, позволяет получить механическую или электрическую мощность в тепловых двигателях, в частности использующих термоградиенты в океане или солнечном пруде. Особый класс тепловых двигателей составляют диссипативные, в которых поток энтропии вызывает автоколебания поршня. [c.139]

Больше всего эксергии (56 %) теряется в котле, который с энергетической точки зрения выглядит вполне благополучно (потери 9%). Как указывалось в 6.1, химическую энергию, поступающую в паровой котел топлива, принципиально можно полностью превратить в механическую (или электрическую). В процессе горения химическая энергия практически полностью превращается в теплоту, а уже теплоту полностью превратить в работу невозможно. Таким образом, без потерь энергии в окружающую среду теряется работоспособность (эксергия). Способы снижения эксерге-тических потерь для данного примера рассмотрены в 6.1 и 6.2. [c.203]

Закон возрастания энтропии, выражаемый неравенствами (3.57) и (3.58), позволяет использовать энтропию для количественной оценки степени необратимости для неадиабатных систем используются неравенства (3.49) и (3 50). На этом основаны методы анализа термодинамической эффективности различных устройств преобразования энергии. В последние десятилетия получил распространение удобный метод анализа технических систем, в основе которого лежит понятие эксергии. [c.77]

ТГёрёдГсоставлением балансов необходимо выделить систему, подлежащую исследованию, для чего мысленно отделяют ее от других объектов контрольной поверхностью, а эксергии всех проходящих через нее потоков вещества и энергии включаются в эксергетический баланс. [c.79]

На рис. 7.2 представлена диаграмма Грассмана — Шаргута рассматриваемой компрессионной теплонасосной установки. Здесь видны все потери эксергии в элементах установки в результате протекающих в них необратимых процессов. Величина потери эксергии в каждом элементе установки соответствует уменьшению ширины полосы эксергии и условно изображается заштрихованным треугольником, переходящим в выгнутую стрелку >, (эксергетические потери в i-м элемензе установки). В установку подводится эксергия Е, равная электрической мощности электродвигателя 1, поскольку эксергия электрической энергии не характеризуется энтропией. В электродвигателе происходит потеря эксергии равная сумме потерь электрической энергии в машине и приводе. Следовательно, эксергия на выходе из электродвигателя El = E l — Dj. Эксергия на входе в компрессор Eh = Ef Ey, где v — эксергия паров теплоносителя, выходящего из испарителя V. Эта суммарная эксергия преобразуется в компрессоре в эксергию сжатых паров теплоносителя. Эксергия на выходе из компрессора Е и = Eii — D , где — эксергетические потери в компрессоре, причем Dk )д. Очевидно, эксергия на входе в конденсатор Е щ = Е . В конденсаторе будет потеря эксергии D , связанная с теплопередачей при конечной разности температур между теплоносителем и внешним приемником теплоты и поэтому эксергия на выходе из конденсатора Щи = Ц - De- Большая часть " этой эксергии отдается потребител/о в виде теплового потока повышенной температуры другая часть, равная Е т - Е", = Eiv, есть эксергия на входе в дроссель IV. При дросселировании теплоносителя возникает потеря эксергии от необратимости процесса Одр, вследствие чего эксергия на выходе из дросселя Ei = Е п — Одр. Эксергия на входе в испаритель Е = iV + Е где Щ — эксергия теплового потока, подводимого в испаритель из окружающей среды ее значение Е д = Q I — То/Т )л О, так как Г] То. По этой же причине и потери эксергии в испарителе на конечную разность температур также будут близки нулю. Следова1ельно, эксергия на выходе из испарителя Е = V. [c.311]

То обстоятельство, что эксергия делает возможным оценивать доли потоков всех видов энергии, входящих в энергетический баланс любой ЭХТС, позволяет получить ее обобщенные характеристики. Такими обобщенными характеристиками являются эксергетическая производительность и мощность ЭХТС. Алгебраическую сумму всех видов эксергии которая определяет эффект, даваемый ЭХТС, называют [c.314]

Сжигание топлива. На рис. 7.6 изображена схема преобразования энергии в процессе сжигания топлива и использования продуктов сгорания в виде диаграммы потоков эксергии. Обычно суммарная эксергия на входе i равна сумме эксергий топлива т и окислителя Е . В тех случаях, когда топливо и окислитель перед сжиганием подогреваются в подогревателе / за счет части эксергии продуктов сгорания 5, то их эксергия возрастает до величины Е > i. Процесс подогрева в подогревателе / сопровождается потерями эксергии D[. Далее подогретые топливо и окислитель с эксергией Е г = Е поступают в камеру сгорания //. где осуществляется процесс превращения эксергии Е топлива и окислителя в продукты сгорания высокой температуры. Процесс сгорания топлива в камере сгорания II сопровождается потерей эксергии Di- Продукты сгорания с эксергией 3 = E i поступают в III элемент ЭХТС, которым является либо парогенератор, либо теплогенератор, либо газовая турбина. Процесс использования эксергии продуктов сгорания в элементе III сопровождается эксергетическими потерями Dj, природа которых зависит от вида элемента И1. Так, в па-ро- и теплогенераторах потеря 2 вызвана теплопередачей при больших разностях температур между продуктами сгорания и теплоносителями. Остаточная эксергия 4 частично может быть использована для подогрева топлива и окислителя ( 5) в подо1ревателе либо в других теплоиспользующих установках. Эксергия выбрасываемых в атмосферу [c.319]

Представляют интерес результаты эксергетпческого анализа синтеза аммиака, приведенные в журнале Химическая промышленность (1982, № 5). Из теплового баланса ЭХТС следует, что в колонне синтеза аммиака, водоподогревателе и теплообменных аппаратах потери энергии близки нулю. Из эксергетического же анализа следует противоположный вывод — наибольшие потери эксергии оказываются в колонне синтеза (22,6% от всех потерь) они выше, чем в компрессоре (16%) и газовой турбине (20%), что объясняется большой необратимостью протекающей в колонне синтеза аммиака химической реакции. Общие потери в колонне синтеза аммиака, водоподогревателе и теплообменниках составляют почти половину всех эксергетических потерь ЭХТС. Потери эксергии в колонне синтеза аммиака можно значительно уменьшить за счет повышения температуры в одной из ее зон, так как это мероприятие позволило бы более эффективно использовать теплоту реакции и выдать на сторону пар более высоких параметров. [c.322]

По смыслу второго закона термодинамики различают виды энергии (механическая, электрическая и др.), которые могут полностью превращаться в другие ее виды (неограниченно превращаемые виды энергии), т. е. состоять только из эксергии. Что касается теплоты как энергии молекулярно-хаотического движения, то она даже теоретически не может быть полностью превращена в работу (неизбежен отвод части удельной теплоты холодному источнику) и, следовательно, состоит из превращаемой части (эксергии) и непревраща-емой части, которая получила название анергии. Так, внутренняя [c.39]

Эксергия потока. При отсутствии источника теплоты д — 0) работа в системе может быть совершена только за счет собственной энергии потока (рис. 9.1). Тогда, считая предельным состоянием потока состояние термического Т., = Тд) и механического p --=-- Ри) равновесия с окружающей средой, а следовательно, = /(д и 2 = ИЗ равенства (1.225) получаем выражение удельной максимально возможной работы, которая может быть выполнена при условии протекания обратимых процессов в системе (Д5,, = 0), т. е. удельная эксерия потока [c.143]

Напомним, что энергией рабочего тела, способной в той или иной мере превращаться в работу, является в случае потока энтальпия, а в случае неподвижного тела — внутренняя энергия. Оба эти вида энергии не способны полностью превращаться в работу. Теплота также не способна полностью превращаться в работу в круговом процессе, но в процессе Т — onst вся подводимая теплота превращается в работу, С этим свойством энтальпии, внутренней энергии и теплоты и связано понятие эксергии. Эксергией называют превра-тимую часть энергии рабочего тела и подводимой теплоты. Превра-ТИМОЙ мы называем ту часть энергии или теплоты, которая способна превращаться в работу при сформулированных выше условиях. [c.129]

Для таких видов энергии, которые обладают способностью к полному превращению, эксергия будет равна полному количеству располагаемой энергии. В частности, для механической работы, которая способна полностью превращаться в теплоту, во внутреннюю энергию или эптальпгю, удельная эксергия равна всей удельной работе [c.129]

Эксергетический к. п. д. цикла есть отношение полезно использованной эксергии ДеХр ко всей израсходованной энергии AeXp [c.231]

Как правило, рабочее тело, покидающее тот или иной элемент преобразователя энергии (теплосиловой установки, холодильной машины и т. п.), не находится в состоянии равновесия с окружающей средой и поэтому сохраняет некоторую работоспособность. При этом работа, соверншемая рабочим телом в данном элементе установки, меньше максимально возможной, т. е. меньше, чем значение соответствующей функ ции работоспособности системы на величину эксергии рабочего тела, покидающего систему. Чтобы выразить наибольшее количество работы, которое в этом случае можно получить от системы, следует из функции работоспособности системы (736) вычесть эксергию уходящего рабочего тела и прибавить то количество первичной энергии которое система можег получить от источников в форме работы и превратить в полезную работу (или использовать для увеличения работоспособности рабочего тела). [c.371]

В настоящее время дли оценки влияния необратимости нспользуют-гй два метода. В основу метода эксергетических по-т о к о в положен подсчет потоков эксергин рабочих тел, входящих в систему, подводимой теплоты и потоков эксергии, покидающих систему. При этом учитываются эксергия потока рабочего тела по уравнению (737), эксергия потоков теплоты по уравнению (7,38), а также подводимая и отводимая организованная энергия / , г. е, работа всех видов. У1,ля определ( ННя эксергии рабочих тел и теплоты удобно использован, эксергетические диаграммы. Если рабочее ге.ло, покидающее систолу, имеет ненулевую эксергию, то она учитывается только и тех случаях, когда рабочее тело предназначено для получения от него работы в каких-либо других установках (например, сжатый воздух от компрессора, предназначенный для привода пневматических машин). При наличии необратимых процессов в системе суммарный поток отводимой эксергии всегда меньше суммарного потока подводимой эксер-гнп на величину эксергетических потерь. Термодинамическое совер-шенпво системы характеризуется эксергетичсским КПД [c.374]

При определении эксергетического КПД установки в целом полезную работу (с учетом механических потерь, расхода работы на привод вспомогательных механизмов и др.) следует относить к изменению эксергни первичных источников энергии, которые применяются для получения теплоты. Если нагревателем служит камера сгорания, то вводимая в установку эксергия равна эксергии топлива Э. , значение которой близко к значению так называемой высшей теплоте сгорания топлива. Однако при сжигании органических топлив в камерах сгорания происходят большие потери эксергии, доходящие до 50%. Это вызвано тем, что по условиям прочности деталей установок допускаемая максимальная температура рабочего тела значительно ниже максимальной теоретической температуры горения топлив. Эта вынужденная разница температур эквивалентна, в смысле влияния на-работоспособность, необратимому теплообмену между источником теплоты п рабочим телом при такой же разности температур. [c.380]

Обычно составляемые материальные и энергетические балансы, из которых последние основаны на использовании первого закона термодинамики, не выявляют реализуемые возможности использования располагаемых ресурсов механической энергии. При рассмотрении условий протекания процессов и под углом зрения второго закона термодинамики наряду с анализом энергетических запасов системы представляется возможным устанавливать количества энергии и, в частности, тепла, которые могут быть в условиях данной среды превращены в механическую работу. При таком подходе представляется возможным определить работоспособность системы, получившую название эксергии, обозначаемой через вх и измеряемой в джоулях на килограмм (дж1кг). [c.59]

Сообразно с изложенным эксергия 1 кг неподвижного рабочего тела с внутренней энергией и равна той максимальной работе, которую оно может совершить при заданных параметрах окружающей среды. В соответствии с уравнейием (5-60 ) она дыражается так [c.59]

Мы уже видели, что любая упорядоченная энергия (с энтропией 5 = 0 (рис. 3.7) может быть всегда полностью переведена в любой другой вид энергии напротив, если энергия в той или иной степени неупорядочена (S> >0), то на ее способность к превращениям второй закон налагает определенное ограничение. Чем больше эта энтропия, тем энергия менее качественна и тем меньше высококачественной (безэнтропийной) энергии (например, работы или электроэнергии) она в данных условиях может дать. Это означает, что безэнтропийная энергия может служить как бы эталоном, общей мерой качества, работоспособности любого вида энергии. Она и была названа эксергией. В такой (общей мере) эксергии, конечно, спрятана внутри энтропия как некая базовая величина это необходимо, но недостаточно. Кроме нее в эксергию неизбежно должны входить и другие величины, характеризующие как энергию, так и ту окружающую среду,в которой энергия используется. [c.156]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...