41 42 Kopia

41. Prawo Gouya-Stodoli. [J. Szargut – Termodynamika techniczna , s168]

W zjawiskach przyrody obowiązuje prawi zachowania energii. Nie istnieje natomiast prawo zachowania egzergii. Warunek zachowania egzergii mógłby być spełniony tylko w idealizowanych procesach odwracalnych. Rzeczywistym procesom nieodwracalnym towarzyszą, bezzwrotne straty egzergii. Sumaryczna ilość energii wprawdzie nie ulega zmianie, ale energia ta dewaluuje się, traci na praktycznej przydatności. Głównym celem jest realizowanie procesów tak, aby straty te były jak najmniejsze, gdyż przez to uzyskuje się zmniejszenie kosztów eksploatacji urządzenia. Zwykle zmniejszenie strat egzergii można uzyskać przez zwiększenie nakładu inwestycyjnego.

Stratę egzergii można wyznaczyć, porównując urządzenie rzeczywiste z odwracalnym urządzeniem porównawczym, w którym stan początkowy i końcowy czynnika napędowego jest taki sam jak w urządzeniu rzeczywistym.

Na rysunku 6.9 przedstawiono schematycznie urządzenie, którego zadaniem jest wytworzenie produktu użytecznego o entalpi I oraz entropii S. Czynnik napędowy ma przy dopływie parametry Id, Sd, przy odpływie zaś Iw Sw. Urządzenie pobiera ponadto ciepło napędowe Qd ze źródła o temperaturze T i oddaje ciepło odpadowe Qot do otoczenia o temperaturze Tot. Urządzenie porównawcze powinno działać przy tym samym zużyciu środków napędowych. Wielkości Qd Id Sd Iw Sw powinny więc pozostać bez zmiany. Może wystąpić tylko zmieniona ilość Qoto ciepła odpadowego oddanego do otoczenia i zmieniona entalpia Iużo oraz entropia Sużo produktu użytecznego. Z bilansu energii wynikają równania
dla urządzenia rzeczywistego

I = I – Iw + Qd – Qot (a)

dla urządzenia porównawczego

Iużo = Id – Iw + Qd – Qoto (b)

po odjęciu tych równań stronami otrzymujemy

Iużo – I = Qto – Qoto (c)

Na skutek niedoskonałości urządzenia rzeczywistego ulega więc zmniejszeniu użyteczny efekt energetyczny i o tyle samo zwiększa się ciepło odpadowe oddane do otoczenia. Jeżeli rozpatrywane urządzenie pobiera ciepło z otoczenia (Qot < 0), to nieodwracalność jego działania wywołuje zmniejszenie ilości ciepła pobranego.

Prawo zwiększania się entropii zastosowane do obu urządzeń prowadzi do równań
dla urządzenia rzeczywistego

ΣΔS = Sw – Sd – (Qd / T) + (Qot / Tot) + S (d)

(w nawiasach ułamki)

Dla urządzenia porównawczego

0 = Sw – Sd – (Qd / T) + (Qoto / Tot) + Sużo (e)

Po odjęciu tych równań otrzymuje się

TotΣΔS + Tot(Sużo – S) = Qot – Qoto (f)

Zależność (f) podstawia się do (c) i otrzymuje się

Iużo – I – Tot (S – S­) = Tot ΣΔS (g)

Spadek egzergii termicznej strugi czynnika termodynamicznego jest rowny pracy maksymalnej wykonanej przez odwracalnie działająca maszynę przepływową wymieniającą ciepło z otoczenia o temperaturze Tot. Można wiec zastosować wzór na maksymalna prace techniczna

Lt max = Id – Iw – Tźr (Sd – Sw) (6.16)

Zakładając, że zewnętrzne źródło ciepłą ma temperaturę otoczenia po zmianie znaków otrzymuje się

ΔBt = Iw – Id – Tot (Sw – Sd) (6.20)

ΔBt – oznacza przyrost egzergii termicznej

Zgodnie ze wzorem (6.20) lewa strona równanie (g) wyraża zmniejszenie egzergii produktu użytecznego spowodowanego nieodwracalnością działania badanego urządzenia. Ostatecznie więc stratę egzergii δB spowodowana nieodwracalnością zjawiska określa równanie wyrażające prawo Gouya – Stadoli.

δB = Tot ΣΔS


Prawo ro można by też nazwać prawem zanikania egzergii w przeciwieństwie do prawa zachowania energii

Wnioski z tego prawa:
- Starty egzergii dotyczące ogniw badanego urządzenia „wolno sumować”. Zarówno bowiem w procesie rzeczywistym jak i w procesie porównawczym stan końcowy czynnika napędowego odpływającego z jakiegoś ogniwa procesu jest stanem początkowym tego czynnika w ogniwie następnym. Procesy porównawcze łączą się więc ze sobą tak samo jak procesy rzeczywiste i tworzą w sumie proces porównawczy dla całości badanego urządzenia. W związku z tym strata egzergii wyznaczona dla całości urządzenia jest suma strat egzergii wyznaczonych dla poszczególnych ogniw

- Straty egzergii wynikającej z prawa Gouya – Stadoli „nie da się nawet częściowo odzyskać” Gdyby bowiem stratę egzergii występująca w jakimś ogniwie procesu można było choćby częściowo odzyskać w ogniwie następnym, nie byłoby dopuszczalne sumowanie tych strat.

- Na wielkość straty egzergii występującej w jakiejś części badanego urządzenia „wpływa zwykle, przebieg poprzednich przemian czynnika roboczego”. Jeżeli bowiem zmieni się przebieg poprzednich przemian, to ulegną zmianie parametry czynnika dopływającego do rozpatrywanej części urządzenia wskutek czego zmienią warunki działania i mogą też ulec zmianie straty egzergii. Jeśli więc wykryje się duże straty egzergii w jakiejś części urządzenia to należy zastanowić się nad możliwościami jej ulepszenia a ponadto należy skontrolować czy nie można uzyskać poprawy przez zmianę działania części poprzedzających.

- Strata egzergii określona prawem Gouya-Stodoli powstaje w chwili i miejscu realizacji zjawiska nieodwracalnego. Prawo Gouya-Stodoli pozwala wiec wykryć przyczyny zmniejszające doskonałość procesu cieplnego w miejscu ich działania i pozwala rozdzielić straty egzergii według miejsca występowania. Nie jest natomiast możliwe ścisłe rozdzielnie strat egzergii według przyczyn działających równocześnie w tym samym miejscu:

Najważniejszymi przyczynami strat egzergii są:
- przepływ ciepła przy skończonym spadku temperatury,
- mieszanie ciał o różnym składzie chemicznym
- spadek ciśnienia płynu spowodowany tarciem

Straty egzergii spowodowane nieodwracalnością procesów przebiegających wewnątrz rozpatrywanego urządzenia nazywamy „stratami wewnętrznymi”. Natomiast „zewnętrzna strata egzergii” powstaje wtedy, gdy do otoczenia odpływa czynnik termodynamiczny mający dodatnia egzergię, co występuje wówczas, gdy składniki tego czynnika mają inne parametry niż powszechne składniki otoczenia.

42. Porównanie energia, entropia, egzergia [J. Szargut – Egzergia poradnik obliczania i stosowania, s. 19]

Energia Egzergia Entropia
podlega prawu zachowania nie podlega prawu zachowania nie podlega prawu zachowania
(prawo zwiększania entropii II ZT)
jest funkcja stanu materii jest funkcją stanu rozpatrywanej materii i materii w otoczeniu parametr stanu
ma umowne poziomy odniesienia ma poziomy odniesienia narzucone przez otaczającą przyrodę Jest zależna tylko od Tot, nie zmienia się dopóki stan układu się nie zmieni
zwiększa się w miarę podwyższania temperatury w procesach izobarycznych osiąga minimum w temperaturze otoczenia i zwiększa się w miarę obniżania temperatury, jeżeli jest ona niższa niż w otoczeniu

W czasie ogrzewania entropia się zwiększa - ruch cząstek staje się bardziej intensywny, chaos cieplny większy,

(generacja entropi która zależy od gradientu parametru stanu w procesie).

w przypadku gazów doskonałych nie zależy od ciśnienia zawsze zależy od ciśnienia ?? zależy od zmiany ciśnienia
z dopływu ciepła wynika podwyższanie energii, z odpływu - obniżanie jeżeli T < T0 to kierunki przepływu egzergii i ciepła są przeciwne Tak jak wyżej
w doskonałej próżni jest równa zeru jest dodatnia w przypadku próżnego zbiornika ?? W doskonałej próżni jest równa zeru (Nie ma generacji entropi nie ma generacji ciepła)

dodatkowe

Gdy substancja topi się ( lub wrze ) entropia się zwiększa, gdyż cząsteczki tworzą mniej uporządkowane zespoły. Ponieważ przemiany fazowe zachodzą pod stałym ciśnieniem, ciepło przemiany jest równe entalpii przemiany

Entropia rośnie jeżeli
Vk > Vp, tj. podczas izotermicznego rozprężania gazu (zgodnie z intuicją, im większa objętość tym większy stopień nieuporządkowania).


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Prawo europejskie całość, Nr 40, 41, 42, 40
41 42
41 42 43 id 38542 Nieznany (2)
41 42
41 42
41 42
Wyklad 41-42 makro heller
41 42
41 42
biuletyn6 7 41 42
40,41,42
41,42
41 42 308blsw pol ed02 2008
04 1993 41 42
OBSERWACJA nr 41 42 Marcin gra drużynowa siatkonoga
40 41 42 44 46 47

więcej podobnych podstron