Работа изменения давления в потоке для адиабатных процессов

В двигателях тепловых энергетических установок (ТЭУ) процессы расширения рабочего тела быстротечны и теплообмен с окружающей средой в них практически отсутствует. Поэтому большинство процессов в двигателях ТЭУ считаются адиабатными с q=0 (рис. 9.3).

Уравнения работы изменения давления в потоке для обратимого и необратимого адиабатных процессов расширения при q=0 имеют вид (произведение изобарной теплоемкости и разности температур относится только к процессам идеальных газов)

; (9.8)

. (9.9)

Для тепловых двигателей эффективность адиабатных процессов расширения и потеря располагаемой работы за счет трения характеризуется внутренним относительным КПД:

. (9.10)

Этот коэффициент определяется экспериментально и используется для расчета реальных процессов в тепловых двигателях.

Расчетные выражения работы изменения давления в потоке при адиабатном сжатии газов и жидкостей в компрессорах и насосах имеют вид (произведение изобарной теплоемкости и разности температур относится только к процессам идеальных газов)

; (9.11)

. (9.12)

Необратимость процесса адиабатного сжатия в технических устройствах характеризует адиабатный коэффициент сжатия (насоса, компрессора и т.п.), позволяющий определить действительную работу сжатия, работу трения и действительные параметры рабочего тела в конце процесса.

. (9.13)

Адиабатный процесс сжатия воды в насосе в диапазоне давлений, используемых в ТЭУ, ввиду плохой сжимаемости воды одновременно изохорный. Это позволяет рассчитать техническую работу обратимого процесса сжатия воды в насосе по формуле для изохорного процесса

, (9.14)

где v₁=0,001 м³/кг – удельный объём воды, величина практически постоянная для давлений р₁ и р₂ в ТЭУ.

Эксергия в потоке

Для вещества, находящегося в потоке, потенциал максимальной полезной работы, которая теоретически могла бы быть получена в тепловой машине, характеризуется понятием эксергии в потоке.

Эксергии в потоке соответствует техническая работа, равная работе изменения давления в потоке при переходе вещества из начального состояния в состояние равновесия с окружающей средой по обратимым процессам.

Расчетное выражение удельной эксергии в потоке имеет вид

, (9.15)

где параметры h₁, h_ос и s₁, s_ос соответствуют рабочему телу, обратимо переходящему из состояния с параметрами р₁, Т₁ до состояния равновесия с окружающей средой (в этом состоянии у него такие же температура и давление, как у окружающей среды).

Согласно теореме Гюи – Стодолы [1, 2], потеря эксергии за счет любого вида необратимости определяется как

, (9.16)

где S_С – увеличение энтропии системы за счет необратимостей процессов, протекающих в ней.