При термодинамическом анализе теплоэнергетических установок приходится оценивать работоспособность той теплоты, которая преобразуется в работу в циклах. Максимальное количество полезной работы, которую можно получить в цикле при заданных температурах источников теплоты, называется работоспособностью (эксергией) теплоты.
Как известно, максимальную работу Lmax можно получить в тепловом двигателе, работающем по циклу Карно, термический КПД для которого имеет вид
, (1.95)
где Т1 и Т2 – соответственно температура подвода теплоты к рабочему телу и температура отвода теплоты от него;
q1 – подведенное к рабочему телу количество теплоты;
Lmax – максимальное количество работы, которое можно получить в обратимом цикле
, (1.96)
где Emax – максимальная эксергия.
Из формулы (1.96) видно, что для получения полезной работы используется лишь часть количества теплоты q1. Другая часть, равная величине , - рассеивается в окружающей среде.
Если учитывать потери, возникающие вследствие необратимости реального процесса и равные Т2 ·Δ Sнеобр, действительная работа (эксергия) всегда меньше Emax, т.е.
|
|
. (1.97)
Часть теплоты q1, не превращающаяся в работу и равная величине , называется анергией.
Следует подчеркнуть, что суть эксергетического метода та же, что и энтропийного – подсчет потерь работоспособности.
Для количественной оценки степени термодинамического совершенства того или иного теплоэнергетического устройства используется понятие эксергетического КПД, определяемого как
, (1.98)
где Е вх и Е вых – соответственно эксергия потока теплоты при входе в теплоэнергетическое устройство и выходе из него;
L полезн – работа, совершаемая в данном теплоэнергетическом устройстве.
Для тепловых устройств, не производящих полезной работы (например, для теплообменников), определение эксергетического КПД осуществляется по следующей формуле:
. (1.99)