Економічна ефективність перетворення енергії

Економічна ефективність перетворен-ня енергії характеризується відношенням роботи, яка виконується в процесі, до енер-гії хаотичного руху, яка приймає участь у цьому процесі. Позначається літерою :

.

Термодинамічним потенціалом нази-вають величину, зменшення якої чисельно дорівнює роботі процесу. Так як у загально-му вигляді термодинамічний потенціал по-значається літерою , то:

; (1)

Але в адіабатному процесі теплота не приймає участі, і в якості енергії хаотично-го руху служить зміна внутрішньої енергії :

(2)

Якщо перетворення протікає у двох процесах –ізотермічному і адіабатному, то:

(3)

У ізотермічному процесі термодинаміч-ним потенціалом є вільна енергія f.

;

;

(4)

(5)

;

(6)

Якщо , то (6) буде виражати ексе-ргетичний ККД:

(7)

Отримаємо з (8): (9)

Закон Гюй-Стодоли

Для необоротніх процесів під час наяв-ності тертя буде втрачатись частина енергії на подолання тертя. При цьому буде збіль-шуватись ентропія системи на величину, яка називається ентропією дисипації . Дисипативними силами називаються си-ли, які направлені у протилежний бік руху тіла, і на подолання яких витрачається ро-бота.

; .

Закон Гюй-Стодоли вказуэ втрати ек-сергії в результаті необоротності проходже-ння в ній необоротних процесів дорівнює добутку температури навколишнього сере-довища на суму збільшення ентропії всіх тіл, які беруть участь у дисипативних про-цесах. Метод оцінки ефективності термоди-намічних систем, який будується на вико-ристанні поняття ексергії, називається ек-сергетичним методом термодинамічного аналізу системи.

Тема 10

Стиснення (нагнітання робочих тіл) (стор. 272-283)

Ідеальний поршневий одноступінчатий компресор

Компресор – це машина для стиснення газів. На стиснення газів витрачається ро-бота.

Поршневий компресор являє собою ци-ліндр 1, який має всмоктувальний 2 та наг-нітальний 3 клапани. Всередині циліндра вміщується поршень 4, який здійснює зво-ротно-поступальний рух.

5 – оболонка для охолодження.

Індикаторна діаграма відображає робо-чий процес одноступінчатого поршневого компресора. У цій діаграмі по осі ординат відкладемо тиск робочого тіла в циліндрі, по осі абсцис – об’єм газу.

Стиснення може протікати за трьома процесами:

1-2 – ізотермічний процес;

1-2` – політропний процес;

1-2`` – адіабатний процес.

Також у діаграмі показано наступні процеси:

2-3 – випуск стисненого газу з циліндра компресора;

а-1, 2-3 – не являються термодинамічними процесами, так як у цих процесах змінна маса робочого тіла, тому графічне зображення їх є умовним.

*Розглянемо Ts-діаграму даного циклу. На компресор витрачається робота. Найменша робота витрачається для ізотермічного процесу стиснення, тому він найефективніший. Розглянемо три випадки

1. Стиснення при .

1-2 –ізотермічний процес.

;

;

;

;

;

.

2. Стиснення при .

;

.

3. Стиснення при .

;

.

Охолодження оболонки циліндра комп-ресора виконують із метою наближення процесу до ізотермічного. Оскільки у біль-шості випадків значення n невідомо, то враховують роботу, яка витрачається при ізотермічному чи адіабатному стисненні.

Робочий процес одноступінчатого компресора з урхуванням шкідливого простору

З метою безпечного використання ком-пресорів між стінкою поршня і кришкою циліндра в крайньому лівому положенні залишається простір, який називають шкі-дливим простором.

При русі поршня вправо спочатку буде розширюватись газ, який знаходиться в шкідливому просторі від тиску до тиску , і тільки з точки почнеться впуск нас-тупної порції газу в циліндр.

Відношення об’єму до називається об’ємним коефіцієнтом компресора.

, де

– дійсний об’єм, що поступає в ци-ліндр;

– об’єм, який описує поршень.

У одноступінчатому компресорі стисне-ння газу проводять до

.

Якщо потрібен газ більш високого тис-ку, то використовують багатоступінчате стиснення.

Багатоступінчате стиснення

Особливості такого процесу:

1. У кожну ступінь газ поступає з однаковою температурою; у кожно-му ступені газ стискується до одна-кової температури.

Розглянемо робочий процес трьох- ступінчатого компресора:

а-1 – впуск газу в перший ступінь цилі-ндра;

1-2 – стиснення газу в першому ступені ци-ліндра;

2-б – випуск газу в холодильник першо-го ступеня;

б-3 – впуск газу в циліндр другого сту-пеня;

3-4 – стиснення газу в циліндрі другого ступеня;

4-в – випуск газу в холодильник друго-го ступеня;

в-5 – впуск газу в третій ступінь цилін-дра;

5-6 – стиснення газу в третьому ступені ци-ліндра;

6-г – випуск газу в холодильник третьо-го ступеня.

2. Стиснення у всіх ступенях протікає з однаковим показником політро-

пи.

§ 1-2

;

§ 3-4

;

§ 5-6

;

.

3. У кожному ступені стиснення газу протікає в одну і ту ж кількість ра-зів.

; ; .

;

;

;

, де

z – кількість ступенів компресора.

;

;

;

; ;

.

Тема 11