Эксергия потока рабочего тела.

(см.рис). определим возможный равновесный путь перехода рабочего тела из нач состояния 1 (р₁, Т₁) в конечное сост 0 (с параметрами окр среды р₀, Т₀). Т.к. такая система содержит только один источник теплоты (окр среда с неизменной температурой Т₀), то равновесный процесс можно представить либо при отсутствии теплообмена между потоком и средой (адиабатное расширение/ сжатие), либо при наличии теплообмена между ними, но при температуре Т₀ (изотермическое расширение/сжатие). Во всех остальных процессах теплообмен между средой и потоком будет проходить при конечной разности температур, т.е. равновесный переход невозможен. значит, единственный возможный путь - адиабатное расширение до р₂, Т₀ (точка 2) и изотермическое расширение до точки 0 (р₀, Т₀) (или сжатие, тогда т.0 левее т.2).

В процессе 2-0 рабочее тело отнимает от среды теплоту (площадь под графиком): ; S₂=S₁. Уравнение 1-го закона для потока, если процессы равновесны и скорости не меняются (с=const) q_внеш=q₀. (*). Величина (работа) – есть максимальная удельная техническая работа, которую может совершить тело в потоке в процессе равновесного перехода с р₁, Т₁ (при i₁, S₁) в состояние р₀, Т₀ (с i₀, S₀). Она называется максимальной работоспособностью – эксергией (е) потока рабочего тела. Эксергия, как правило, не равна располагаемому теплоперепаду . В нек случаях она больше за счет теплоты, отбираемой рабочим телом от окр среды; или меньше (когда - при изотермическом сжатии). Эксергия зависит от параметров рабочего тела и парметров окр среды. Параметры окр среды обычно заданы. Т₀=293К, р₀=100кПа. Тогда эксергию рассматривают просто как ф-ю состояния рабочего тела, и применяют как параметр для термодинамического анализа совершенства тепловых аппаратов.

Например. Поток рабочего тела входит в аппарат с эксергией е₁, а выходит с эксергией е₂. Значит, в аппарате получена работоспособность е₁-е₂, но, помимо бесполезной диссипации энергии, поток в аппарате совершил работу w_тех. Т.о. «чистая» потеря работоспособности: . Диссипация происходит только за счет неравномерности процессов в аппарате. Чем больше , тем более неравновесный процесс. А .

Если в тепловой аппарат, совершающий работу , входит поток с параметрами р₁, Т₁, и подводится теплота q от источника (с темп источника), а из аппарата выходит с параметрами р₂, Т₂, то потеря энергии: . определяют по формуле (*), а . В выражении для входят потери работоспособности из-за трения и из-за конечности разности температур, а ткаже потери теплоты в окр среду. Для кол-венной оценки степени термодинамического совершенства теплового аппарата используется эксергетический КПД:

Влажный воздух

Влажным воздухом называется смесь сухого насыщенного воздуха (не содержащего молекул воды) и влажного пара. По физ состоянию близок к идеальному газу. При данных давлениях и температуре может содержать разное кол-во водяного пара. Парциальное давление вод пара равно давлению насыщения при данной темп, если это насыщ влажный воздух. Кол-во пара в таком воздухе равно плотности сухого насыщенного пара . Общее давление влажного воздуха определяется по закону Дальтона: . Масса пара в 1 м³ смеси газа называется абсолютной влажностью, кот численно равна плотности пара при его парциальном давлении р_п и t_смеси. Если при пост температуре увеличивать влажность воздуха, то плотность нас пара будет возрастать. Если темп влажного воздуха ниже температуры насыщения водяного пара при давлении смеси, то предельной плотностью водяного пара будет плотность сухого насыщенного пара, при парц давлении меньшем, чем давление смеси. В этом предльном состоянии влажный воздух представляет собой смесь сухого воздуха и сухого насыщенного вод пара. Если темп влажного воздуха выше или равна темп насыщения водяного пара при давлении смеси, то процесс насыщения влажного воздуха водяным паром будет продолжаться, пока он не станет только сухим насыщенным водяным паром или не станет перегретым паром.

Влажный воздух, кот не содержит при данном давлении и температуре максимально возможное кол-во водяного пара называется ненасыщенным, т.е. это смесь сухого воздуха и перегретого пара. Парц давление перегретого пара в смеси меньше давления насыщения при данной темп. Кол-во перегр пара в 1 м³ воздуха численно равно плотности перегретого пара, но меньше плотности насыщ пара. Охлаждая воздух, а следовательно и перегретый пар при данном давлении, можно довести перегретый пар до насыщения. Это будет тогда, когда темп воздуха станет равна темп насыщения при данном парц давлении водяного пара. Эта температура – температура точки росы

 

Параметры состояния.

2. Законы термодинамики (начала).