7. Основы эксергетического метода анализа технических систем преобразования веществ и энергии.

Эксергетический метод заключается в том, что любые потоки энергоносителей или энергии оценивают по максимально полезной работе, которую они могут произвести.

Эксергия—max способность системы к совершению работы при переходе из данного состояния в состояние равновесия с учетом взаимодействия с окружающей средой. Окр среда---неограниченных размеров, параметры температура То, давление р0 и химическим составом. Эксергия, характеризует качество энергии промышленной системы, т. е. способность быть превращенной в полезную работу, является универсальной мерой энергетических ресурсов. Энергию тела (Э) можно представить суммой двух составляющих: Э = Е + А. Эксергия Е --- часть энергии, к-рая м. быть. превращена в любую др. ее форму. Эксергия окр среды=0. Анергия А, --часть энергии которую нельзя превратить ни в какую иную форму энергии, включая мех. работу. Между анергией и энтропией существует связь: анергия - энергия полностью неорганизов. движения молекул, энтропия - мера этого движения. Два вида эксергии: 1) эксергию таких форм энергии, к-рые не определяются энтропией---мех., электрич., электромагн. и иные виды энергии; эксергия равна энергии системы и никаких спец. расчетов для определения Е не требуется. 2) эксергию потоков в-вa и энергии, характеризуемых энтропией---внутр. энергия в-ва, энергия хим. связей, теплового потока, эксергию вычисляют индивидуально в зависимости от наличия и вида ее материального носителя . В общем виде формула для определения эксергии потока вещества выглядит так: Е= Екин+Епот+ дэльта нулевоеЕ + Е(ch)+Е(n) Где: Екин и Епот — соответственно кинетическая и потенциальная эксергии; дэльта нулевое Е — физическая эксергия= дэльта Н – Т(с инд 0)* дэльтаS; Е(ch) — химическая эксергия= сумм(дэльта мю(с инд j)*n(с инд.j) Е(n)— ядерная эксергия.

Величина термической эксергией Е(t)= дэльта нулевое Е + Е(ch) Энергетический баланс учитывает только количественные соотношения энергии, не давая оцен-ки качественного различия Поэтому дополняется эксергетическим балансом, Уравнение эксергетического баланса в общем виде: сумм(Е') = сумм(Е") + D, (Е') и (Е") — соответственно входящие и выходящие потоки эксергии; D — потери эксергии. Потери эксергии(в отличии от энергии)–ее полное исчезновение. Энергетический кпд = сумм(Э"(n)/сумм(Э'). Где сумм (Э"n)- сумма полезно затраченных энергий; сумм(Э') — сумма общих затрат. Эксергетический кпд= сумм(Е"n)/ сумм(Е'). Он показывает степень приближения сис-темы к идеальной (для идеального процесса, где потери эксергии отсутствуют, кпд=1), можно сравнить между собой серию процессов по эффективности, определить целесообразность усовершенствования процесса; оценить влияние различных статей, определить улучшения показателей процесса.

8. Основы макроскопической кинетики: поточные системы, конвективный, основной, турбулентный потоки, переходящий поток, источники и стоки, общие уравнения элемента процесса. Критерии подобия. Физический смысл функции дивергенции потока субстанции.

Все макротехнические системы удобно рассматривать как поточные. Метод Эйлера-в виде уравнения неразрывности потока. Поток-величина переносимая, через какую-либо площадь поверхности за некоторое время. Поток массы [кг/с]=[Jm]. Jm=m/дельта t. Плотность потока )только для стационарного потока) jвектор=единица количества субстратв/м2*с—вектор совпадающий по направлению с движением потока. Физический смысл функции дивергенции потока субстанции (вывод уравнения неразрывности потока—ур-я Эйлера): Рассмотрим беск малую часть потока dv=dx*dy*dz, j=pVx, S=dy*dz, (частн произвpVx нa частн произв x)*dy*dz*dt----масса внесенная за время dt. -(частн произв p на частн произв t)—убыль массы в объеме. Если р не менялось, то сколько массы накопилось, столько и выйдет. (частн произв pVx на частн произв x)+ (частн произв pVy на частн произв y)+ (частн произв pVz на частн произв z)= -(частн произв p на частн произв t). div(pV)= -(частн произв p на частн произв t), div j=(частн произв p на частн произв t).----ур-е Эйлера. Если div j=0---поток стационарный. Дивергенция – предел отношения потока субстанции через сферическую площадь, когда радиус этой сферы стремится к 0. Источник и сток: Если в системе есть химическая реакция, то говорят о наличии источника компонента. Конвективный—перемещение среды приводит к переносу массы, тепла и др. физ величин Если компонент исчезает, то явление называется стоком. Если плотность потока субстанции пропорциональна обобщенной плотности, то это кондуктивный (проводящий поток).. Переходящий поток—поток субстанции между фазами—зависит от площади контакта и разности конц. Турбулентный поток-- при увеличении интенсивности течения в среде самопроизвольно образуются многочисленные нелинейные волны и обычные, линейные различных размеров, без наличия внешних, случайных, возмущающих среду сил. Общее уравнение элемента процесса: div ГV – div (частн призв grad Г)+ эпсилон*омега*дельтаТ+G= -(частн произв Г на частн произв T) конвективная составляющая, кондуктивная составляющая, переходящий поток. Где Г---обобщенная плонность субстанции. G—количество возникающей или теряющейся величины. Критерии подобия--Подобными называются такие явления, для которых отношение сходственных и характеризующих их величин постоянны, между подобными величинами существуют постоянные отношения. Критерий Рейнольдса---- отражает влияние силы трения на движение потока. Re=wlp/мю=wl/ню ---, Где мю—динамическая вязкость, ню—кинематическая вязкость, , w—скорость, l—геометр размер. Критерий Пекле---мера соотношения масс в-ва переносимых конвекцией и молекулярной диффузией Pe=wl/D. Критерий Вебера---отражает влияние поверхностного натяжения на движение потока We=w2*l*ро/сигма