Необратимый теплообмен

Необратимый теплообмен обусловлен наличием разности температур между телами.

Рассмотрим в T,S- диаграмме сначала случай необратимого теплообмена между двумя телами с постоянными температурами Т₁ и Т₂ (рис. 8.28). Кроме указанных тел система включает в себя окружающую среду с постоянной температурой Т_ос, которая при оценке эксергии используется в качестве охладителя. Как было установлено ранее, энтропия такой системы возрастет на величину

, (8.39)

где Q – теплота, полученная телом с температурой Т₂ от тела с температурой Т₁.

Отличие эксергии первого тела от второго (потеря эксергии) в этом случае будет представлено разницей работ обратимых циклов Карно (Е₁=пл.16521 и Е₂=пл.34753)

. (8.40)

Эта потеря эксергии в T,S- диаграмме представляет площадь

-ΔE=T_осΔS_c=пл.674'1'6.

В случае необратимого теплообмена между телами с переменной температурой (рис. 8.29) будет аналогичный результат. Здесь доказательств не требуется, так как любой процесс подвода и отвода теплоты в обратимом цикле в T,S- диаграмме можно представить в виде изотермического процесса со среднетермодинамической температурой. На рис.8.29 эксергии тел и уменьшение эксергии вследствие необратимого теплообмена представляют следующие площади:

Е₁=пл.12561, Е₂ = пл.34753, -ΔЕ = Т_осΔS_c = пл.674'1'6.

Полученное выражение применимо ко всем необратимым процессам. Сформулированное положение, что потеря возможной работы системы (эксергиии) представляет собой произведение абсолютной температуры окружающей среды на увеличение энтропии системы, вызванное необратимостями происхдящих в ней процессов, носит название теоремы Гюи – Стодолы в честь ученых, установивших эту закономерность. Аналитическое выражение этой теоремы имеет вид

-ΔE = T_ос ΔS_c, (8.41)

где -ΔE – потеря максимально возможной работы системы - эксергии;

Т_ос – абсолютная температура окружающей среды;

ΔS_c – возрастание энтропии системы за счет необратимости процессов.

Справедливость теоремы Гюи–Стодолы в дальнейшем будет многократно подтверждена.