2.3. Аналіз циклу водяної пари за іі законом термодинаміки

Знайдемо основні величини, які характеризують тепломеханічний цикл водяної пари. Теплота, яка підводиться від гарячого тіла до робочого тіла у циклі дорівнює:

Q₁ = Q_3-4 = 1447,77 кДж

Теплота, яка відводиться від робочого тіла холодному джерелу у циклі становить:

Q₂ = Q_1-2+ Q_5-1 = -234,52-1039,98=-1274,5 кДж

Корисна робота циклу та термічний коефіцієнт корисної дії знайдемо з рівнянь:

=173,27 кДж

=173,27/1447,77=0,12=12%

Термічний ККД відповідного циклу Карно, що протікає у тому ж інтервалі температур дорівнює:

=1-673/1056,1=0,36=36%

Отримані результати свідчать, що незалежно від природи робочого тіла ідеальний газ або водяна пара, у даному інтервалі температур цикл Карно є найефективнішим.

2.4. Ексергетична оцінка теплообмінного пристрою

Мірою, яка характеризує якісне перетворення будь-якого виду енергії, а отже досконалість установки, у якій це перетворення відбувається, є ексергія.

Для проведення ексергетичної оцінки теплообмінного агрегату задамося на основі літературних джерел наступними параметрами:

-температура навколишнього середовища Т₀ = 300 К;

-відсоток витрат теплоти теплообмінним агрегатом у навколишнє середовище і=5%;

- зміна ентропії гарячого теплоносія теплообмінного пристрою

h = S_r =0,8 кДж/К.

Знайдемо кількість теплоти, що передається до водяної пари у теплообмінному агрегаті. Для цього розглянемо термодинамічний цикл, який здійснюється водяною парою. Очевидно, що кількість теплоти, яку отримує водяна пара у теплообмінному агрегаті, дорівнює теплоті процесу 3-4. Це тому, що тільки у цьому процесі циклу ентропія водяної пари збільшується. Ця кількість теплоти Q_3-4= 1447,77 кДж .

Знаючи відсоток витрат теплоти у теплообмінному агрегаті, знаходимо наявну кількість теплоти у теплообміннику:

= (1447,77/95)·100%=1523,97 кДж .

Розрахуємо ексергію цієї теплоти згідно формулою:

де Т_г - середньо-термодинамічна температура гарячого теплоносія. Вона дорівнює:

=1523,97/0,8=1904,96 К.

E =1523,97(1-(300/1904,96)=1284 кДж,

Щоб розрахувати ексергетйчний коефіцієнт корисної дії ( ), необхідно знати ексергію теплоти утворено] водяної пари, яка виходить з установки:

, де Т_п - температура водяної пари, що залишає теплообмінний агрегат. Ця температура збігається з кінцевою температурою ізобарного процесу підведення теплоти до водяної пари 3-4. Отже :

=783,1+273=1056,1 К;

=1523,97·(1-300/1056,1)=1091,05 кДж

Обчислимо ексергетичний коефіцієнт корисної дії:

=1091,05/1284=0,85=85%

Визначимо традиційний коефіцієнт корисної дії теплообмінного арегату, який розраховується як відношення теплоти, яку корисно використано, до підведеної теплоти:

=1447,77 / 1523,97=0,95=95% Очевидно, що

Таким чином, з точки зору передачі теплоти , теплообмінний агрегат є достатньо ефективним апаратом, а з точки зору працездатності робочого тіла ( ексергії ), його не можна вважати досконалим пристроєм, тому що відсоток знецінювання енергії робочого тіла с достатньо високим % .

1