Всего на сайте:
282 тыс. 988 статей

Главная | Физика

Термодинамических процессов  Просмотрен 543

 

Расчет потерь эксергии от необратимого теплообмена рассмотрим (рис.1.5) на примере двух тел, имеющих соответственно температуры T1 и T2 и находящихся в окружающей среде с температурой T0. Теплообмен с окружающей средой отсутствует.

 

 

Рис. 1.5. К расчету потерь эксергии от необратимого теплообмена

 

От первого тела передается другому телу теплота dQ при разности температур

DT = T1 - T2 > 0 . (1.7)

 

В соответствии с формулой (0.16) эксергия греющего тела уменьшится на величину

(1.8)

 

Эксергия второго тела увеличится на величину

(1.9)

Потеря эксергии от разности температур (T1- T2) составит

или с учетом (1.7)

. (1.10)

В общем случае, когда T1 и T2 являются переменными, суммарную потерю эксергии от необратимости теплообмена можно приближенно рассчитать по их средним значениям

. (1.11)

Из формул (1.10) и (1.11) видно, что при одинаковом количестве переданной теплоты (dQ) потери эксергии тем больше, чем больше разность температур (DТ), и тем меньше, чем при более высоких температурах происходит теплообмен.

Так, например, пусть в паропреобразователе греющий пар отдает теплоту Q при температуре 500 К и производит вторичный пар с температурой 490 К. В этом случае потери эксергии от необратимого теплообмена при T0 = 288 К составят

При той же разности температур в 100С, если греющий пар будет иметь температуру 400К, а вторичный пар - 390К, потери эксергии уже станут равными

т.е.

в полтора раза больше. Еще больше различие потерь эксергии (при том же DТ) в верхних и нижних регенеративных подогревателях. Это вынуждает DТmin в последних уменьшать до 2 - 30С.

Эксергетические потери от внешней необратимости передачи теплоты зависят от разности давлений между греющим и нагреваемым телами, так как энтропия является функцией температуры и давления любого теплоносителя. Для воды при температуре 90 0С при давлении 0,1 МПа s = 1,192, при давлении 10 МПа, s = 1,184 кДж/кг0С. Соответственно, энтальпия - 376,81 и 384,35 кДж/кг, эксергия при Т0 = 289 К - 33,48 и 43,36 кДж/кг. При нагреве воды от 80 до 90 0С, при давлениях 10,0 и 0,1 МПа, ее приращение эксергии составит - 8,226 и 7,985 кДж/кг, или на 3% меньше. Следовательно, при большой разнице в давлениях греющего и нагреваемого тел пользоваться формулами (1.10) и (1.11) можно только как приближенными. Более точное значение эксергетических потерь от необратимости процесса теплообмена в общем случае получится при расчетах по формуле

(1.12)

где DExгор - уменьшение эксергии греющего тела и DExнаг - увеличение эксергии нагреваемого тела.

Каждая из этих величин рассчитывается с учетом того, находится ли данное тело в потоке или оно неподвижно. В зависимости от этого используются формулы (0.32) или (0.36).

Для определения потерь от необратимого теплообмена между паром и водой, а также между продуктами сгорания и рабочим телом и теплоносителем в любых теплоэнергетических установках, удобно использовать соответствующие T-s диаграммы. В качестве примера на рис.1.6 показано определение эксергетических потерь от необратимости нагрева конденсирующимся паром сетевой воды.

  
 


Т

 

Рис. 1.6. Определение эксергетических потерь от теплообмена
в T – s диаграмме

 

Здесь в процессе отвода теплоты водяным паром от точки 1 до точки 2 он отдает свою эксергию, равную площади 12de. Сетевая вода, нагреваясь от состояния точки a до точки b, увеличит свою эксергию, соответствующую площади dabc. При отсутствии тепловых потерь площади 12fg = площади bafh = Q. При этом потери эксергии будут равны площади gech, заштрихованной на рис.1.6. Эта потеря эксергии рассчитывается по формуле

DExпот = T0 (DSв -DSп), (1.13)

где DSв - приращение энтропии воды; DSп - уменьшение энтропии пара.

Термодинамическая эффективность процесса теплообмена может быть оцененаэксергетическим КПДэтогопроцесса, который представляет собой отношение приращения эксергии нагреваемого тела (DExнаг) к израсходованной эксергии греющего тела DExгр

(1.14)

Рассматривая совместно формулы (1.11) и (1.14), приходим к выводу, что эксергетический КПД теплообмена всегда будет тем больше, чем меньше разность температур (DТ­­) и чем при более высокой температуре происходит этот процесс.

Зная эксергетические потери (DExпот) и потери теплоты от несовершенства изоляции, а также расход энергии на прокачку через теплообменник обоих теплоносителей, можно рассчитатьэксергетический КПДтеплообменногоаппарата- . Таким КПД называется отношение полезного приращения эксергии нагреваемого тела (DExнаг) к сумме израсходованных эксергии греющего тела ( ), эксергии тепловых потерь ( ) и затраченной эксергии на привод сетевых насосов и других механизмов собственных нужд, обслуживающих данный теплообменный аппарат (DExсн)

. (1.15)

Здесь определяется по формуле

(1.16)

где DQпот - теплота, уходящая в окружающую среду через ограждающие поверхности теплообменного аппарата; Тср - средняя температура теплоносителя, К.

В тех случаях, когда теплообменный аппарат имеет цель наиболее полно использовать всю располагаемую эксергию теплоносителя Exрас, его эксергетический КПД должен рассчитываться по формуле

(1.17)

Подобным образом определяется итепловой КПДтеплообменногоаппарата, если перед ним ставится задача наиболее полного использования располагаемой теплоты греющего тела. В этом случае

(1.18)

где Qрас - располагаемая теплота горячего источника; Qисп – полезно использованная теплота.

Примером этого может служить КПД котлоагрегата

. (1.19)

 

Предыдущая статья:Эксергетические диаграммы состояния рабочих тел Следующая статья:Эксергетические потери от внутренней необратимости процессов цикла
page speed (0.0135 sec, direct)