Необратимости процессов

Из-за трения и необратимого теплообмена процесс сжатия в компрессоре 1-2 не совпадает с изэнтропным сжатием 1-2'.

В реальных холодильных установках возникают также потери зксергии в конденсаторе. Сжатый перегретый пар рабочего агента, имеющий обычно высокую температуру TZ и соответственно высокую удельную эксергию, поступает из компрессора ь конденсатор, в котором в результате необратимого теплообмена с охлаждающей средой пар конденсируется, а эксергия отведенного тепла передается окружающей среде и теряется.

Потеря эксергий в конденсаторе состоит из двух слагаемых: эксергий, отводимой охлаждающей водой, и эксергий, теряемой: из-за необратимого теплообмена между рабочим агентом и охлаждающей водой.

Эксергия, теряемая из-за необратимого теплообмена в конденсаторе,

Остальная эксергия da теряется из-за необратимого теплообмена в испарителе

(Гв! — Гвз) целесообразно в тепловых насосах устанавливать перед дроссельным вентилем охладитель жидкого рабочего агента и включать его по нагреваемому теплоносителю последовательно за конденсатором. При этом снижаются потери в установке от дросселирования и необратимого теплообмена, так как теплоноситель охлаждает рабочий агент и поступает в конденсатор предварительно подогретым. Расчет схемы установки производится следующим образом.

Вода из отопительной установки поступает в сетевой насос VIII, который подает ее для подогрева в конденсаторы VII и VI, выполненные по двухступенчатой схеме и включенные последовательно по сетевой воде. Благодаря отделению в конденсаторах зоны охлаждения перегретого пара от зоны конденса-щга и организации противоточного движения рабочего агента и нагреваемой воды удается повысить температуру нагретой воды на выходе из конденсатора и снизить потерю эксергии от необратимого теплообмена. Б конденсаторе нижней сту-

3. Из-за трения уплотнений поршня о стенки цилиндра, а также из-за необратимого теплообмена между рабочим телом, поршнем и стенками цилиндра сжатие происходит не по адиабате, а по необратимому процессу с переменным значением показателя т для разных участков процесса сжатия *.

4. Во всех аппаратах реальной установки существуют потери из-за необратимого теплообмена между греющей и нагреваемой средами. Из-за указанных обстоятельств в реальных абсорбционных установках удельный расход эксергии на трансформацию тепла выше, чем удельный расход эксергии в идеальных установках, определяемый уравнениями (5.5) — (5.8).

Последующие работы Н. Шиллера, С. Каратеодори, Т. Афанасьевой-Эренфест, М. Планка, А. Гухмана отражают поиски путей обоснования энтропии, требующих минимальных допущений и не содержащих в себе логических противоречий. В результате обобщенного анализа проблемы энтропии А. Гухман приходит к выводу, что ни одна из этих попыток не является в полной мере удачной. В понятии энтропии уже содержатся те допущения, которые делаются при ее обосновании. Таким образом, по Гухману энтропию можно ввести без каких-либо особых начал и постулатов, опираясь при этом на общность схем взаимодействий различного рода с одной стороны и на долголетний опыт использования этой функции на практике — с другой. Несмотря на различие этих способов обоснования энтропии, все они в своей основе имеют одну и ту же схему теплообмена между двумя телами — именно ту, которой в свое время воспользовался Р. Клаузиус. В результате и принцип возрастания энтропии системы в условиях необратимого теплообмена, имеет органическую связь с принятой схемой процесса теплообмена.

термического заряда Ад. Для того, чтобы в это поле ввести заряд Aq или вывести его, а также: чтобы перемещать этот заряд в поле, необходимо затратить термическую работу. Если процесс протекает вне зависимости от .времени, т. е. стационарно, то в условиях необратимого теплообмена величина Ад остается постоянной.

где Эпол — полезно использованная эк-сергия; Эр — располагаемая эксергия; ? Э, - потери эксергии вследствие необратимости процессов (горения, теплообмена, смешения и т. п.).

где Як, Яох, Явп, П„, Яв, Ят и Ямд-потери эксергии вследствие необратимости процессов соответственно в компрессоре, охладителе, при впуске заряда в цилиндр, передаче теплоты от газов к стенке, в выпускной системе, газовой турбине и механизмах двигателя; Это — зксергия рабочего тела после тур&ины. Потеря эксергии в цилиндре двигателя Яц = Явп + Яж + Яв.

Энергетический баланс показывает величины энергии без учета их ценности, зависящей от температурного потенциала тепловых потоков. На этой диаграмме не находят отражения: потери от необратимости процессов, а видны только потоки электроэнергии Эвх = ?вх, тепла

* Все дальнейшие выводы качественно останутся действительными как при условии обратимости, так и при необратимости процессов отвода и подвода тепла; изменятся только количественные значения работы.

где То.о — температура окружающей среды; 2А% — сумма возрастаний энтропии, вследствие необратимости процессов.

Ее значения для различных газов приведены в табл. 6.12. Действительная работа будет больше минимальной на величину ?0.c2AsH, где 2AsH — суммарное увеличение энтропии из-за необратимости процессов

теплоемкость) называть «тепловым весом». Через 20 лет М, Планк указал на недопустимость отождествления этих процессов «потому, что они принципиально отличаются друг от друга в такой же степени, в какой различаются между собой первое и второе начала теории теплоты», а также все виды энергии и теплота, склонная к рассеянию и являющаяся причиной необратимости процессов.

ображениям, что и Клаузиус, вводя энтропию, дал этой величине название «эксергия», часть же, непревращающаяся в работу, была названа «анергия». Закон Гюи -Стодолы гласит: потеря эксергии из-за необратимости процессов равна произведению температуры окружающей среды на сумму приращений энтропии всех тел, участвующих в исследуемых процессах Таким образом, эксергия зависит от температуры окружающей среды, а потому, строго говоря, не является функцией состояния системы, хотя условно ее рассматривают как таковую.

Эти достоинства эксергии сделали ее чрезвычайно модной в последние годы. Однако не все отдают себе отчет в том, что эксергетический метод расчета позволяет учесть потери лишь из-за необратимости процессов, в чем не всегда есть необходимость. Так, совершенно разные по конфигурации и эффективности теоретические, обратимые циклы тепловых машин и идеальный цикл Карие имеют одинаковый эксергетический КПД, равный 100%. При использовании же тепла для технологических нужд (выпарки, плавки металла и т. д.) запас работоспособности теплоносителя — эксергия не имеет прямого значения.

Решать дифференциальное уравнение первого начала (21) и определить интегрирующий множитель без рассмотрения цикла Карно и введения постулата о невозможности perpetuum mobile второго рода оказывается возможным после того, как сформулированы понятия обратимости и необратимости процессов.

Для выяснения направления процесса в изолированной системе достаточно сравнить энтропии двух состояний. Одновременно появляется возможность оценить и степень необратимости различных необратимых процессов. Чем больше изменение энтропии, тем больше необратимость процесса, тем он менее выгоден термодинамически. С этой точки зрения энтропия является мерой необратимости процессов.