Exergia

Eksergia - energian  rajoittava (suurin tai pienin) arvo , jota voidaan käyttää hyödyllisesti (vastaanottaa tai kuluttaa) termodynaamisessa prosessissa , ottaen huomioon termodynamiikan lakien asettamat rajoitukset ; maksimityö , jonka makroskooppinen järjestelmä voi suorittaa kvasistaattisessa siirtymässä tietystä tilasta tasapainotilaan ympäristön kanssa (prosessin eksergia on positiivinen), tai vähimmäistyö, joka täytyy käyttää kvasistaattiseen tilaan. järjestelmän siirtyminen tasapainotilasta ympäristön kanssa tiettyyn tilaan [1 ] (prosessin teho on negatiivinen [2] ).

Prosessin energiamuutoksen ja prosessin eksergian välistä eroa, eli sitä osaa energiasta, jota ei voida muuttaa eksergiaksi, kutsutaan anergiaksi [3] . Energian säilymisen laista seuraa, että missä tahansa energian muunnoksessa prosessin eksergian ja anergian summa pysyy muuttumattomana [4] .

Vertaamalla eksergiaa, ihanteellisen kvasistaattisen prosessin ominaisuutta [5]  , todellisessa epätasapainoprosessissa vastaanotettuun/kulutettuun energiaan, tehdään johtopäätös prosessin termodynaamisen täydellisyyden asteesta .

Toisin kuin energia, eksergia ja anergia eivät ole riippuvaisia ​​vain järjestelmän parametreista, vaan myös ympäristön parametreista ja tarkasteltavan prosessin ominaisuuksista, eli sekä eksergia että anergia eivät ole järjestelmän tilan parametreja, vaan ovat järjestelmän suorittaman prosessin parametreja [6] , ja meidän pitäisi puhua prosessin eksergiasta ja prosessin anergiasta.

Melko usein, kun ympäristön tila ei muutu, eksergia ja anergia voidaan ilmaista järjestelmän tilan toimintojen kautta [7] , vastaavasti, ne käyttäytyvät tilan funktioina, joihin niitä sellaisissa tilanteissa perinteisesti viitataan. [8] . Tavattuamme kirjallisuuden lauseet: "Järjestelmän energia koostuu eksergiasta ja anergiasta" [9] , "Termodynamiikan toinen pääsääntö antaa meille mahdollisuuden erottaa kaksi energiamuotoa: anergia ja eksergia" [10] , " Ihanteellisessa palautuvassa prosessissa saadaan työtä, joka vastaa eksergian menetystä” [11] [12] , — jossa käytetään termejä järjestelmän eksergia ja järjestelmän anergia [11] [13] , tulee muistaa tavanomaisuus viitata näihin termodynaamisiin suureisiin tilafunktioihin, eli ei prosessin, vaan järjestelmän ominaisuuksiin [9] .

Kun käyttönesteen parametrit ovat samat kuin ympäristön parametrit ja termodynaaminen prosessi on mahdoton, käyttönesteen eksergia tilan ehdollisena funktiona on nolla [14] . Eksergiaa voidaan saada vain lähteistä, joiden parametrit poikkeavat ympäristön parametreista ja joiden eksergia on aina nolla: mikään menetelmä ei voi pakottaa ympäristöä tekemään työtä [15] .

Teollisuusasennuksissa ympäristönä pidetään yleensä ilmaa. Ulkona toimiville asennuksille, joiden lämpötila riippuu vuorokaudenajasta ja vuodenajasta, on tarpeen joko tehdä laskelmia eri ajanjaksoilta tai ottaa jonkinlainen keskimääräinen ympäristön lämpötila.

Anergian käsitys tilan ehdollisena funktiona auttaa ymmärtämään sen tosiasian, että objektiivisesti katsottuna on olemassa "hyödytöntä" energiaa (ympäristön sisäinen energia ja ympäristön kanssa tasapainossa olevien järjestelmien sisäinen energia). Eksergian siirtyminen anergiaan liittyy mihin tahansa epätasapainoiseen prosessiin (energian hajaantumiseen). Anergian käänteinen siirtyminen eksergiaksi on mahdotonta, joten kaikki yritykset käyttää anergiaa käytännössä - toisenlaisen ikuisen liikkeen luominen - on tuomittu epäonnistumaan [16] [17] [18] . Eksergian saamiseksi tarvitaan luonnonvaroja ja laitteita. Teknisten prosessien toteuttaminen vaatii voimaa. Siksi eksergialla on aina tietty arvo. Anenergiaa ympäristössä on saatavilla lähes rajattomasti, ilmaiseksi, mutta sen arvo on nolla. Anergian olemuksen ymmärtäminen mahdollistaa käytännön ongelmia ratkaistaessa sulkea huomioimatta järjestelmät, joiden toiminta perustuu anergian käyttöön [17] [19] .

Exergia-analyysi

Eksergia-analyysin perusideana on käyttää teknisten järjestelmien analysoinnissa energian lisäksi lisäindikaattoria - eksergiaa: tosiasiallisesti tehdyn työn vertailu prosessin eksergiaan antaa mahdollisuuden arvioida prosessin tehokkuutta. energiankäyttö lämpömoottorissa [20] . Mitä lähempänä todellisen epätasapainoprosessin energiaindikaattorit ovat prosessin eksergiaa, sitä täydellisempi prosessi on ja sitä vaikeampaa on lisätä sen tehokkuutta.

Eksergia-analyysi, joka ottaa huomioon järjestelmän epätasapainoprosesseista aiheutuvat häviöt, mahdollistaa sekä suhteellisen (katso jäljempänä kohta Exergy-tehokkuus ) että absoluuttisen arvion käytettyjen teknologioiden termodynaamisen täydellisyyden asteesta verrattuna energiatehokkuuteen perustuva analyysi [21] [22] [23] . Eksergia-analyysi toimii energiansäästön teoreettisena perustana, koska sen avulla voidaan yksinkertaisesti ja visuaalisesti määrittää prosessin täydellisyyden aste ja epätasapainosta aiheutuvien häviöiden lähteet eri asennuksissa, ja eksergia-indikaattorit voidaan helposti liittää teknisiin ja taloudellisiin. yhdet. On yleisesti hyväksyttyä, että valittaessa prosessin perusperiaatteita on mahdollista tunnistaa 40% energiahäviöiden lähteet, suunnittelun aikana - vielä 40%. Näin ollen noin 80 %:iin tuotantovaiheen hävikistä ei voida enää vaikuttaa. Siksi eksergiaanalyysi on erityisen tärkeä esitutkimuksen ja järjestelmäsuunnittelun vaiheissa.

Eksergiaanalyysi ei sulje pois energiataseen laatimiseen perustuvaa energiaanalyysiä, vaan täydentää sitä. Eksergettinen analyysi johtaa tietysti samoihin tuloksiin kuin ongelman tarkastelu millä tahansa muulla termodynaamisella menetelmällä, esimerkiksi entropian avulla ( entropiaanalyysi ), mutta se on selkeämpi insinöörin näkökulmasta. Yksi eksergiamenetelmän tärkeimmistä eduista on se, että sen avulla voidaan arvioida lämmönvaihtimen tai kemiallisen reaktorin sisällä tapahtuvien prosessien täydellisyyden astetta ulkoisen ominaisuuden - eksergian eron mukaan lämmönvaihtimessa tai kemiallisessa reaktorissa. laite [24] .

Eksergia-analyysissä käytetyillä termeillä "energian menetys" ja "eksergian menetys" on pohjimmiltaan erilaisia ​​merkityksiä: ensimmäinen tarkoittaa mahdotonta käyttää energiaa tietyn tavoitteen saavuttamiseen, toinen tarkoittaa hajoamiseen (sirontaan) liittyvän eksergian täydellistä häviämistä. ) energiasta.

Exergia-analyysi on hyödyllisin silloin, kun lämpöprosessit tulevat etualalle [19] , esimerkiksi analysoitaessa energiaa säästäviä teknologioita ja arvioitaessa polttoaineen käyttötekniikan lämpötehokkuutta. Samanaikaisesti jokaiseen tekniseen ongelmaan ei tarvita eksergia-analyysiä. Joten käytettäessä energiaa teknologisiin tarpeisiin (haihdutus, metallin sulatus jne.), jäähdytysnesteen eksergialla ei ole suoraa merkitystä [9] . Kvasistaattisten prosessien analysointiin ei tietenkään käytetä eksergiaanalyysiä, joka ottaa huomioon epätasapainosta aiheutuvat häviöt [25] .

Exergy tehokkuus

Eksergiatehokkuus on todellisuudessa tehdyn työn suhde sen maksimiarvoon, eli tarkasteltavan prosessin eksergiaan [26] [27] . Jos tavallinen energiatehokkuus osoittaa energian hyödyllisen käytön asteen ja antaa sinun verrata lämpökoneita tällä indikaattorilla, niin eksergiatehokkuus luonnehtii energian käytön tehokkuutta (prosessin termodynaaminen täydellisyys) ja vastaa kysymyksiin teoreettisesta mahdollisuudesta ja käytännöllisyydestä. lämpökoneen hyötysuhteen lisäämisen toteutettavuus: suhteellisen pieni energiatehokkuuden arvo voi vastata lähelle 100 % olevaa eksergiahyötysuhdetta, kun energiatehokkuuden lisääminen on mahdotonta termodynamiikan lakien asettamien rajoitusten vuoksi. Eksergiatehokkuuden merkittävä poikkeama yhtenäisyydestä osoittaa pohjimmiltaan vältettävissä olevien eksergiahäviöiden olemassaolon, jonka vähentäminen on mahdollista järkevämmillä prosesseilla ja kehittyneempiä laitteita käyttämällä.

Eksergiatehokkuutta voidaan soveltaa kaikkien termodynaamisten prosessien ja lämpöteknisten laitteiden täydellisyyden analysointiin. Voidaan siis puhua syklin eksergiahyötysuhteesta, yhdistetystä sähkön ja lämmön tuotantolaitoksesta kaukolämpöä varten, lämmönvaihtimesta, lämmöneristyksestä jne. [28] . Tasapainoprosessien eksergiatehokkuus on yhtä suuri kuin 1.

Epätasapaino työn lähteenä

Termodynamiikka pitää mitä tahansa lämpövoimalaa (TEU) yhdessä ympäristön kanssa eristettynä järjestelmänä [29] . Tällaisessa järjestelmässä työ on mahdollista vain, kun järjestelmä ei ole tasapainossa; jos järjestelmä siirtyy tasapainotilaan, työn saaminen siinä osoittautuu mahdottomaksi (puhumme täydellisestä tasapainosta: mekaaninen, terminen, kemiallinen, sähköinen jne.) Siten mahdollisuus saada työtä järjestelmässä ei määräydy siinä oleva energiavarasto (eristetyn järjestelmän energia ei muutu minkään prosessin aikana), vaan järjestelmän epätasapaino, eli paine-, lämpö-, sähkö-eron läsnäolo. potentiaalit jne.

Esimerkkinä voidaan harkita sylinteriä, joka on täytetty paineilmalla, jonka lämpötila on sama kuin ilmakehän lämpötila. Ilmakehän ilmasta (ulkoympäristö) ja sylinterissä olevasta ilmasta koostuva järjestelmä on lämpötasapainossa, mutta siinä ei ole mekaanista tasapainoa, ja tämä mahdollistaa työn saamisen tähän järjestelmään millä tahansa ilmamoottorilla.

Vielä yksi esimerkki. Muodostakoon järjestelmä ulkoisen ympäristön ja korkean lämpötilan rungon. Kun tällaisessa järjestelmässä on mekaaninen tasapaino, lämpötasapainoa ei ole, mikä mahdollistaa työn saamisen lämpökoneella, joka käyttää korkean lämpötilan kappaletta energialähteenä ja ulkoista ympäristöä energiana. vastaanotin.

Molemmissa tapauksissa työnhakumahdollisuudet loppuvat, kun järjestelmä tulee termodynaamisen tasapainon tilaan. Mutta järjestelmä voi tulla tasapainotilaan ilman hyödyllistä työtä: ilma sylinteristä voidaan vapauttaa ilmakehään yksinkertaisesti avaamalla hana; lämpövuorovaikutuksessa ulkoisen ympäristön kanssa kuuma kappale jäähtyy.

Järjestelmän siirtyessä epätasapainotilasta tasapainotilaan hyödyllinen työ riippuu tällaisen siirtymän luonteesta. Suurin työ tulee olemaan siinä tapauksessa, että kitkahäviöitä ei ole ja TED:n toimintajaksoilla on maksimitehokkuusarvot.

Näin [30] [31] :

Eksergian tyypit

Eksergia voidaan jakaa sellaisten prosessien eksergiaan, joille ei ole ominaista entropia (mekaaninen, sähköinen, ydin jne.), joka on yhtä suuri kuin näiden prosessien energian muutos (esimerkiksi kineettinen) [32] [33] , ja entropian luonnehtimien prosessien termodynaaminen eksergia. Tällaisissa prosesseissa eksergia on termodynaamisen järjestelmän teknisen suorituskyvyn mitta.

Seuraavat eksergian komponentit erotetaan toisistaan ​​[34] :

Termodynaaminen eksergia jaetaan eksergiatyyppeihin joko termodynaamisten prosessien luonteen (avoin ja syklinen) tai termodynaamisten järjestelmien tyypin mukaan, joissa nämä prosessit tapahtuvat. Luokittaessaan prosessin luonteen perusteella he erottavat [33] :

Luokittaessa eksergian tyyppejä termodynaamisten järjestelmien tyypin mukaan ne lähtevät siitä, onko näissä järjestelmissä lisäenergian lähteitä/vastaanottimia, työnesteen ja ympäristön lisäksi, ja erottavat [39] [32] [40] [33] [41] :

Selvyyden vuoksi taulukossa on esitetty eksergiatyyppien luokitus ja sen komponentit:

Exergia volyymissa

Tilavuuseksergiaa käytetään kuvaamaan yksittäistä rajallisen keston prosessia ilman muita energialähteitä kuin ympäristön vakiopaineella P 0 ja lämpötilalla T 0 . Energiavaraston ainutlaatuisuus tarkoittaa, että tarkasteltavaa prosessia ei voida sulkea (syklinen). Tilavuuseksergia koostuu termomekaanisesta eksergiasta, kemiallisesta eksergiasta (panosreaktoreissa) ja säteilyeksergiasta. Lämpömuodonmuutosjärjestelmälle eksergia tilavuudessa E x voidaan löytää kaavalla [46]

(Exergia määrässä ja virtauksessa)

missä U, H, S ja V  ovat vastaavasti käyttönesteen sisäenergiaa, entalpiaa, entropiaa ja tilavuutta, ja arvot ilman indeksiä viittaavat sen alkutilaan ja arvot indeksillä 0 viittaavat lopullinen tila. Tästä kaavasta seuraa, että tilavuuden eksergia on järjestelmän tilan ehdollinen funktio.

Esimerkki prosessista, jossa on otettava huomioon vain termomekaaninen eksergia, on paineistetun kaasun paisuminen paineella P 1 ja lämpötilalla T 1 säiliöstä (kaasusylinteristä) ympäristöön. Yksinkertaisuuden vuoksi oletetaan, että sylinteri on täytetty paineilmalla, jonka lämpötila on sama kuin ilmakehän lämpötila [47] . Alla olevassa kuvassa esitetty P-V- diagrammi kaasun hitaasti (isotermisen prosessin ylläpitämiseksi) vuotamisesta sylinteristä ilmakehään vastaa tapausta, jossa terminen ( T  = T 0 ), mutta ei mekaaninen ( P  >  P 0 ) tasapaino . järjestelmän ja ympäristön välillä. Lopputilassa 0 tarkastellun käyttönesteen ympäristöparametrit ovat:

Ainoa mahdollinen kvasistaattinen prosessi tilojen 1 ja 0 välillä vain yhden energiasäiliön läsnä ollessa on kaasun laajeneminen isotermiä T 0 pitkin . Kaaviossa tämän prosessin työ vastaa kuvan 1-0-b-a-1 aluetta. Suorakulmion a—c—0—b—a pinta-alaa vastaava työ kuluu väliaineen siirtymiseen, eikä siitä ole hyötyä. Siksi eksergia - suurin mahdollinen hyödyllinen työ, joka on yhtä suuri kuin erotus kaiken tehdyn työn ja ympäristön siirtymiseen käytetyn työn välillä - vastaa kuvan 1-0-s-1 aluetta.

Sekä suoran (laajenemisen) että käänteisen (kompressio) prosessin kuvaamiseen eksergiaanalyysissä käytetään samaa P-V- diagrammia, kun otetaan huomioon, että puristuseksergia on negatiivinen.

Exergia virtauksessa

Exergiaa virtauksessa käytetään kuvaamaan ei-suljettua paikallaan olevaa prosessia, jonka kesto ei ole rajattu, ilman muita energialähteitä kuin ympäristön vakiopaineella P 0 ja lämpötilalla T 0 . Kuvitellaanpa jokin ohjauspintojen (lämpökoneen tai teknologisen laitteen osa) rajoittama alue, jossa tapahtuu fyysistä ja/tai kemiallista muutosta. Prosessin stationaarisuus olettaa, että tietty määrä ainetta, jonka paine on P 1 ja lämpötila T 1 , tulee järjestelmään yhden ohjauspinnan kautta ja saman määrä ainetta paineella P 2 ja lämpötilalla T 2 poistetaan toisen kautta . Kaava virtauksen eksergian laskemiseksi on annettu yllä, mutta koska puhumme virtauksesta, siihen sisältyvät arvot U, H, S ja V ymmärretään spesifisiksi (eli liittyvät yksikkömassaan työnesteen) arvot, vastaavasti sisäisen energian, entalpian, entropian ja työtilavuuden. Tämä yhtälö ei sisällä virtauksen liike-energian eksergiaa , joka on yhtä suuri kuin tämä itse energia, koska se on helppo tehdä haluttaessa, ja yleensä olemme paljon kiinnostuneempia siitä, mitä voidaan saada muuttamalla virtauksen parametreja. aine [42] .

Exergia virtauksessa on järjestelmän tilan ehdollinen funktio [48] [49] . Kun keho on mekaanisessa tasapainossa ympäristön kanssa, virtauksen eksergia ja tilavuuden eksergia ovat numeerisesti yhtä suuret [50] .

Eksergian käsite virtauksessa on hyödyllinen tapauksissa, joissa lämpövoimalaitoksessa käytetään jatkuvaa käyttönesteen virtausta (vesi ja sen höyry höyryturbiinilaitteistoissa, ilma ja palamistuotteet kaasuturbiinilaitteistoissa ja suihkumoottoreissa jne.). ). Exergia-arvojen ero laitteiston sisään- ja ulostulossa on yhtä suuri kuin hyödyllisen työn ja häviöiden summa; hyödyllisen työn todellisen arvon tuntemalla on mahdollista löytää asennuksen eksergiatehokkuuden arvo. Näin toteutetaan yksi eksergiaanalyysimenetelmän ajatuksista - kyky arvioida laitteen sisällä olevia häviöitä ulkoisen ominaisuuden perusteella - eksergia-arvojen ero laitteen sisäänkäynnissä ja siitä ulostulossa [51 ] .

Exergy energian virtaus

Energiavirran eksergiaa (lämpöeksergiaa) käytetään kuvaamaan prosessia (sekä avointa että syklistä) avoimessa tai suljetussa järjestelmässä, kun ympäristön lisäksi vakiopaine on P 0 ja lämpötila T 0 , muita energialähteitä (vastaanottimia). Lämpöeksergia riippuu järjestelmän energiansyöttöprosessin luonteesta, eikä sitä voida edes ehdollisesti pitää tilafunktiona [16] [49] .

Esimerkkinä eksergian laskemisesta tarkastellaan yksinkertaisinta tapausta - vakiomassaisen käyttönesteen kuumennus (käyrä 2-1) tai jäähdytys (käyrä 1-2), ja sekä käyttönesteen alku- että loppulämpötilat ovat korkeammat kuin ympäristön lämpötila T u :

Kuvassa T on lämpötila, T u on ympäristön lämpötila, S  on entropia. Prosessin eksergia voidaan löytää eristämällä alkeis (äärettömän pieni) muutos entropiassa dS ja suorittamalla integrointi koko lämpötila-alueella. Prosessin eksergia vastaa kuvan T u -2-1- S - T u pinta-alaa lämmitys/jäähdytyskäyrän alla [52] . Lämmityksen ja jäähdytyksen eksergia on numeerisesti samansuuruinen, mutta merkit eroavat toisistaan: lämmityksen eksergia on negatiivinen, kun taas jäähdytysprosessin eksergia on positiivinen.

Todelliset TPP-syklit liittyvät energian syöttämiseen ja poistoon muuttuvassa lämpötilassa, esimerkkinä kattilayksikön kierto, jossa polttoaineen palamiskaasumaiset tuotteet toimivat energialähteenä. Kattilayksikössä niitä jäähdytetään vakiopaineella antaen energiaa vedelle ja vesihöyrylle palamislämpötilasta T (raja) ympäristön lämpötilaan T 0 [50] :

T-S- kaavion laitteiston toimintajakso on kaareva kolmio 0-1-2-0: käyttöneste saa energiaa palamistuotteista 0-1-käyrää pitkin, kvasistaattinen siirtymä pisteestä 1 isotermiin T. 0 :n tulisi esiintyä ideaalisessa adiabaatissa 1-2, ja työneste voi kvasistaattisesti antaa energiaa ympäristöön vain 2-0 isotermiä pitkin. Mikään muu käyttönesteen kierto, kun sitä käytetään palamistuotteiden lämmittimenä, ei voi olla kvasistaattinen [50] .

Kemiallinen eksergia

Kemiallinen (nolla) eksergia liittyy kemiallisten potentiaalien tasa-arvon muodostumiseen aineen vastaavien komponenttien ja ympäristön välillä, ja sitä mitataan hyödyllisen energian määrällä, joka voidaan saada kvasistaattisessa prosessissa kemikaalin saavuttamiseksi (pitoisuus ja reaktio) työnesteen tasapaino ympäristön kanssa vakiopaineella P 0 ja lämpötilalla T 0 [53] . Sellaisten aineiden erotus-, sekoitus- ja liukenemisprosesseissa, joihin ei liity kemiallisia muutoksia, pääkomponentti on kemiallisen eksergian konsentraatiokomponentti, kemiallisissa reaktoreissa se on reaktiokomponentti [54] .

Venäläisessä kirjallisuudessa toisinaan käytetyllä termillä nollaeksergia [55] [56] on tarkoitus korostaa, että prosessieksergian arvo lasketaan alkutilasta (nolla), jolle on tunnusomaista ympäristöparametrit [55] [57] .

Teknisessä termodynamiikassa päähuomio kiinnitetään lämpövoimaloissa (erityisesti polttomoottoreissa) käytettävän polttoaineen kemialliseen eksergiaan. Kemiallisen eksergian tarkan arvon löytäminen on hyvin aikaa vievää. Ota suunnilleen [58] :

(kaasumaisille polttoaineille)
(dieselpolttoaineelle)
(bensiinille)
(kerosiinille)

Tässä E x  on polttoaineen kemiallinen eksergia; H u  - polttoaineen palamisen pienin energia (polttoaineen yksikkömassan palamisen aikana vapautuneen energian määrä, josta vähennetään polttoaineen palamisen aikana muodostuneen veden haihtumiseen käytetty energia).

Säteilyeksergia

Säteilyn eksergia riippuu vain yhdestä ympäristön parametrista - sen lämpötilasta T 0  - ja sen määrää hyödyllisen energian määrä, joka voidaan saada säteilystä, jonka lämpötila on T kvasistaattisessa prosessissa, jossa tämä säteily saatetaan tilaan. tasapaino ympäristön kanssa. Jotta esityksestä tulisi visuaalisempi ja terminologia yksinkertaistaa johtopäätösten tarkkuutta menettämättä, puhumme säteilyvastaanottimesta (työkappaleesta), joka on tasapainossa ympäristön kanssa. Absorboituneen säteilyn eksergiatiheys mustalle työnesteelle, jonka lämpötila on T 0 , lasketaan kaavalla [59]

(absorboituneen säteilyn voimatiheys)

ja eksergiateho työkappaleen pintayksikköä kohti saadaan kaavalla [59]

(absorboituneen säteilyn eksergiateho säteilyvastaanottimen pinta-alayksikköä kohti)

Tässä e x on säteilyn eksergian tiheys, J/ m3 ; e xf  on säteilyeksergia teho työkappaleen pintayksikköä kohti, W/m 2 ; α on säteilyvakio (7,5657 10 -16 J m -3 K -4 ); c on valon nopeus tyhjiössä (2,9979 10 8 m/s). Harmaalle työnesteelle yllä olevilla kaavoilla saadut arvot kerrotaan kehon absorboivan pinnan mustuusasteella.

Säteilyeksergian arvo on nolla, kun T = T 0 ja se kasvaa, kun T poikkeaa T 0 : sta kohti sekä korkeita että matalia lämpötiloja säilyttäen samalla positiivisen arvon. Säteilyn energia ja eksergia ovat aina eri suuruusluokkaa, paitsi yksi piste, joka vastaa lämpötilaa T  = 0,63 T 0 . Arvolla T  > 0,63 T 0 säteilyeksergia on energiaansa pienempi ja arvolla T  < 0,63 T 0 säteilyeksergia on energiaansa suurempi [60] .

Monokromaattiselle koherentille säteilylle (esimerkiksi lasersäteelle) säteilyn eksergia on yhtä suuri kuin sen energia [18] .

Historiallinen tausta

Vuonna 1889 Louis Georges Guy esitteli teknisen suorituskyvyn käsitteen  - maksimaalisen teknisen työn, jonka järjestelmä voi tehdä siirtyessään tietystä tilasta tasapainotilaan ympäristön kanssa, ja Aurel Stodola (1898) toi prosessien analysointimenetelmän puhtaan teorian rajojen ylittävä virta ja sovelsi lämpöteknisiin laskelmiinsa esittämänsä vapaan teknisen entalpian käsitettä. Guy-Stodolan lauseessa sanotaan, että energian menetys järjestelmässä, joka johtuu siinä tapahtuvien prosessien epätasapainosta, on yhtä suuri kuin ympäristön lämpötilan ja järjestelmän entropian muutoksen tulo [24] . Termiä "eksergia" ehdotti vuonna 1955 Zoran Rant (1904–1972) [61] .

Muistiinpanot

  1. ↑ Erofeev V. L. et al., Heat engineering, 2008 .
  2. ↑ Eksergian negatiivinen merkki tarkoittaa, että työ tehdään ulkoisen ympäristön energian ansiosta ( Burdakov V.P. et al. , Thermodynamics, osa 2, s. 118).
  3. ↑ G. D. Baer, ​​​​Technical thermodynamics, 1977 , s. 165.
  4. ↑ G. D. Baer, ​​​​Technical thermodynamics, 1977 , s. 166.
  5. ↑ Miten tasapainotermodynamiikan avulla kuvataan siirtymää järjestelmän epätasapainotilojen ja tasapainotilojen välillä ? Tätä tarkoitusta varten käytetään paikallisen tasapainon periaatetta, joka on klassisen epätasapainoisen termodynamiikan perusta . Epätasapainotilan katsotaan nimittäin olevan paikallisesti – ajallisesti ja/tai avaruudessa – tasapainossa, ja siirtymistä meitä kiinnostavien tilojen välillä pidetään tasapainoprosessina. Kognitiivisen dissonanssin välttämiseksi fraseologisista käänteistä, jotka ovat tyyppiä: "tasapainoprosessi, joka siirtyy epätasapainotilasta ...", termi " tasapainoprosessi " tässä artikkelissa korvataan ilmauksella " kvasistaattinen prosessi ". sen synonyyminä .
  6. ↑ Barilovich V.A., Smirnov Yu.A., Teknisen termodynamiikan perusteet, 2014 , s. 76.
  7. ↑ Tämä voidaan aina tehdä adiabaattisille ja isobarisille prosesseille ( Isaev S.I. , Course of Chemical thermodynamics, 1986, s. 108).
  8. ↑ Konovalov V.I., Tekninen termodynamiikka, 2005 , s. 156.
  9. ↑ 1 2 3 Alekseev G. N., Energia ja entropia, 1978 , s. 161.
  10. ↑ Erdman S.V., TPU Publishing House, 2006 , s. 34.
  11. ↑ 1 2 Kazakov et ai., 2013 , s. 16.
  12. ↑ Lukanin P.V., Yritysten teknologiset energian kantajat, 2009 , s. viisitoista.
  13. ↑ Lukanin P.V., Yritysten teknologiset energian kantajat, 2009 , s. 14-15.
  14. ↑ Mazur L.S., Tekninen termodynamiikka ja lämpötekniikka, 2003 , s. 42.
  15. ↑ Mazur L.S., Tekninen termodynamiikka ja lämpötekniikka, 2003 , s. 43.
  16. ↑ 1 2 Barilovich V. A., Smirnov Yu. A., Teknisen termodynamiikan perusteet, 2014 , s. 48.
  17. ↑ 1 2 Mazur L.S., Tekninen termodynamiikka ja lämpötekniikka, 2003 , s. 46.
  18. ↑ 1 2 Brodyansky V. M. et ai., Exergetic method and its applications, 1988 , s. 51.
  19. ↑ 1 2 Sazhin B. S. et ai., Teollisuuslaitosten eksergiaanalyysi, 2000 , s. 13-14.
  20. ↑ Isaev S.I., Kemiallisen termodynamiikan kurssi, 1986 , s. 108.
  21. ↑ Brodyansky V. M. et ai., Eksergeettinen menetelmä ja sen sovellukset, 1988 .
  22. ↑ Brodyansky V. M., Ekserginen termodynaamisen analyysin menetelmä, 1973 .
  23. ↑ Shargut Ya., Petela R., Exergy, 1968 .
  24. ↑ 1 2 Sazhin B. S. et ai., Teollisuuslaitosten eksergiaanalyysi, 2000 , s. 6.
  25. ↑ Burdakov V.P. et ai., Thermodynamics, osa 2, 2009 , s. 120.
  26. ↑ Burdakov V.P. et ai., Thermodynamics, osa 2, 2009 , s. 118.
  27. ↑ Tämän määritelmän muokkaus negatiivisten eksergian arvojen tapauksessa suoritetaan alkeellisesti.
  28. ↑ Alexandrov A. A., Lämpövoimalaitosten syklien termodynaamiset perusteet, 2004 , s. 71.
  29. ↑ Kontekstista riippuen järjestelmä tarkoittaa jatkossa joko ”työneste”-alijärjestelmää tai, kuten tässä alakohdassa, käyttönestettä + energialähteitä / vastaanottimia + ympäristöä.
  30. ↑ Konovalov V.I., Tekninen termodynamiikka, 2005 , s. 154.
  31. ↑ Arnold L. V. et ai., Tekninen termodynamiikka ja lämmönsiirto, 1979 , s. 128.
  32. ↑ 1 2 Mazur L.S., Tekninen termodynamiikka ja lämpötekniikka, 2003 , s. 47.
  33. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Chechetkin A. V., Zanemonets N. A., Teplotehnika, 1986 , s. 73.
  34. ↑ 1 2 Mazur L.S., Tekninen termodynamiikka ja lämpötekniikka, 2003 , s. 48.
  35. ↑ Chechetkin A. V., Zanemonets N. A., Heat engineering, 1986 , s. 76.
  36. ↑ Kirillin V. A. et ai., Technical thermodynamics, 2008 , s. 115.
  37. ↑ Alexandrov A. A., Lämpövoimalaitosten syklien termodynaamiset perusteet, 2004 , s. 68.
  38. ↑ Konovalov V.I., Tekninen termodynamiikka, 2005 , s. 160.
  39. ↑ Alexandrov N. E. et al., Lämpöprosessien ja koneiden teorian perusteet, osa 2, 2012 , s. 67.
  40. ↑ Arnold L. V. et ai., Tekninen termodynamiikka ja lämmönsiirto, 1979 , s. 129.
  41. ↑ Konovalov V.I., Tekninen termodynamiikka, 2005 , s. 154, 160, 276.
  42. ↑ 1 2 Aleksandrov A. A., Lämpövoimalaitosten syklien termodynaamiset perusteet, 2004 , s. 67.
  43. ↑ Kazakov et ai., 2013 , s. 22.
  44. ↑ Alexandrov A. A., Lämpövoimalaitosten syklien termodynaamiset perusteet, 2004 , s. 136.
  45. ↑ Kirillin V. A. et ai., Technical thermodynamics, 2008 , s. 306.
  46. ↑ Kirillin V. A. et ai., Technical thermodynamics, 2008 , s. 302.
  47. ↑ Kirillin V. A. et ai., Technical thermodynamics, 2008 , s. 111-112.
  48. ↑ Kazakov et ai., 2013 , s. 24.
  49. ↑ 1 2 Physical encyclopedia, v. 5, 1998 , s. 500.
  50. ↑ 1 2 3 Konovalov V.I., Tekninen termodynamiikka, 2005 , s. 161.
  51. ↑ Kirillin V. A. et ai., Technical thermodynamics, 2008 , s. 304.
  52. ↑ Alexandrov A. A., Lämpövoimalaitosten syklien termodynaamiset perusteet, 2004 , s. 69.
  53. ↑ Sazhin B. S. et ai., Teollisuuslaitosten toiminnan eksergiaanalyysi, 2000 , s. 17-18.
  54. ↑ Chechetkin A. V., Zanemonets N. A., Heat engineering, 1986 , s. 74.
  55. ↑ 1 2 Alexandrov N. E. et al., Lämpöprosessien ja koneiden teorian perusteet, osa 2, 2012 , s. 68.
  56. ↑ Sazhin B. S. et ai., Teollisuuslaitosten toiminnan eksergiaanalyysi, 2000 , s. 17.
  57. ↑ Shargut Ya., Petela R., Exergy, 1968 , s. 47.
  58. ↑ Alexandrov N. E. et al., Lämpöprosessien ja koneiden teorian perusteet, osa 2, 2012 , s. 75.
  59. ↑ 1 2 Shargut Ya., Petela R., Exergy, 1968 , s. 233.
  60. ↑ Mazur L.S., Tekninen termodynamiikka ja lämpötekniikka, 2003 , s. 67.
  61. ↑ Rant, 1965 .

Kirjallisuus