Эксергетический метод анализа систем трансформации тепла. 1) Работа испарителя. В испари­теле на стороне рабочего агента происходят в общем случае два последовательных процесса: испаре­ние жидкости и перегрев пара.

1) Работа испарителя. В испари­теле на стороне рабочего агента происходят в общем случае два последовательных процесса: испаре­ние жидкости и перегрев пара.

Работа системы хладоснабжения. Если трансформатор тепла слу­жит холодильной установкой, то снижение производительности ис­парителя вследствие прикрытия дроссельного вентиля приводит к из­менению теплового режима у по­требителей холода, получающих рассол от установки.

Работа компрессора. Изменение теплового режима испарителя, вы­званное прикрытием дроссельного вентиля, приводит к изменению ре­жима работы всех элементов транс­форматоров тепла.

Работа конденсатора. В конден­саторе осуществляются два последо­вательных процесса: охлаждение перегретого пара и его конденсация.

Работа системы теплоснабжения. Если трансформатор тепла служит теплонасосной установкой, то сни­жение тепловой нагрузки конденса­тора вследствие прикрытия дрос­сельного вентиля приводит к изме­нению теплового режима потреби­телей, снабжаемых теплом от этой установки.

Работа охладителя конденсата.Если после конденсатора включен охладитель конденсата, охлаждае­мый внешней средой, то прикрытие дроссельного вентиля вызывает так­же некоторые изменения в работе охладителя.

2) При изучении процессов преобразования энергии в трансформаторах тепла, в том числе и в различных низкотемпературных установках, необходимо наиболее удобным и наглядным путем оценивать термодинамическую эффективность процессов в целом и их частей, а также источники потерь в них.

Для этого целесообразно использовать общий термодинамический метод анализа — эксергетический.

Рассмотрим некоторые основные положения эксергетичского метода термодинамического анализа применительно к трансформации тепла и связанным с ней низкотемпературным процессам.

Техническая ценность энергии зависит не только от ее собственных формы и параметров, но и от параметров окружающей среды.

С этой точки зрения во всех энергетических превращениях, обеспечивающих работу установки, может использоваться энергия двух видов:

1) энергия, полностью превратимая в любой другой вид энергии независимо от параметров окружающей среды (организованная);

2) энергия, которая не может быть полностью превращена в другой вид энергии; возможности ее превращения определяются как параметрами, характеризующими эту энергию, так и параметрами окружающей среды («неорганизованная»).

Мерой превратимости любого вида энергии может служить механическая или электрическая энергия, поскольку эти виды энергии полностью преобразуемы в другие виды. Поэтому если можно в данных условиях превратить определенное количество данной энергии в электрическую или механическую, то это полностью гарантирует возможность полного преобразования этого количества энергии в любой другой вид организованной энергии. Условия такого преобразования определяются вторым началом термодинамики.

Такая мера превратимости энергии системы была названа эксергией системы.

Эксергия системы в данном состоянии измеряется количеством механической или другой полностью превратимой энергии, которое может быть получено от системы в результате ее обратимого перехода из данного состояния в состояние равновесия с окружающей средой.

Из первого и второго начал термодинамики непосредственно следует, что в каждом данном состоянии эксергия системы, как и энергия, имеет определенное фиксированное значение.

Эксергия системы, находящейся в окружающей среде с постоянными параметрами, остается неизменной только при обратимом проведении всех процессов, протекающих как внутри нее, так и при взаимодействии с окружающей средой. Если любые из этих взаимодействий проходят необратимо, то эксергия соответственно уменьшается.

Это основное свойство эксергии позволяет использовать ее как меру обратимости того или иного процесса. Разность значений эксергии, вводимой в данную систему £_Вх и выводимой из нее £вых, определяет суммарные потери от необратимости в системе, проявляющиеся как уничтожение, т. е. полное исчезновение эксергии.

В отличие от эксергии энергия при этом не исчезает, а только рассеивается — происходит ее диссипация(dissipation).

Потери эксергии при диссипации:

(1.3)

Отношение эксергии , отводимой из системы, к подведенной эксергии ∑Е_вых представляет собой коэффициент полезного действия — эксергетический КПД, который характеризует степень приближения процесса к идеальному:

В идеальном процессе Ƞ_e=1, в реальном Ƞ_e<1.

Потери ∑D могут быть разделены на две группы:

1) внутренниеD_i, связанные с необратимостью процессов, протекающих внутри системы;

2) внешниеD_e, связанные с условиями взаимодействия системы с окружающей средой и другими источниками и приемниками энергии.

Внутренние и внешние потери легко разделить при помощи той же формулы (1.3). Если в ней приняты значения эксергии, взятые по параметрам самой установки, полученное значение 2D,- будет соответствовать только внутренним потерям. Если в уравнение (1.3) входят значения эксергии, отдаваемой или получаемой внешними источниками и приемниками энергии, то 2Dвключает и внешние и внутренние потери. Путем последовательного применения уравнения (1.3) к отдельным элементам установки легко установить распределение в них внутренних потерь.

Для стационарного процесса уравнение (1.3) может быть представлено в виде

(1.5)

На рис. 1.7 показаны в общем виде энергетический (а) и эксергетиический (б) балансы системы.

Такой системой может быть трансформатор тепла, низкотемпературная установка или любая их часть. Энергия в такую систему может вводиться или выводиться из

Рис. 1.7 Балансы системы

а) энергетичкский; б) эксергетический

нее в трех видах: механической или электрической работы L, потока тепла Qи энергии потока рабочего тела I.

Энергетический баланс такой системы определяется уравнением аналогичным уравнению (1.2).

(1.6)