Графическое изображение максимальной работоспособности. Эксергетические диаграммы

Эксергия рабочего тела и эксергия теплоты допускают их наглядное представления на диаграммах состояния.

Изменение энтальпии идеального газа, входящее в формулу (11), изображается пл. 2^I211^I под изобарой р₁ =const (рис.4 а), а количество теплоты в изотермном процессе А*О – пл. 1^IАОО^I. Таким образом, эксергия идеального газа в проточной системе изображается на Тs диаграмме алгебраической суммой площадей под соответствующими участками изобары р₁ и изотермы Т₀ с учетом их знаков. Эксергия рабочего тела представляет собой располагаемую работу, поэтому на Vр диаграмме (рис.4 б) ей соответствуэт пл. 1^II1AOO^II . эксергия рабочего тела в закрытой системе на Vр диаграмме соответствуэт пл. 1АОВ, представляющая собой разность работы расширения (пл. 1^I1АОО^I) и работы вытеснения окружающей среды (пл. 1^I B^IOO^I). Определение эксергии на Vр диаграмме возможно не только для идеального газа, но и для реальных рабочих тел, если линии адиабатного 1-А и изотермного А-О процессов будут нанесены на поле диаграммы в соответствии с уровнями этих процесоов для рабочих тел.

Рис. 4 Определение эксергии рабочего тела:

а – с помощью sT диаграммы; б- с помощью Vр диаграммыдля проточной и закрытой систем

Рис.5. Изображение эксергии рабочего тела на SІ диаграмме: І - линия, Э₁=const, ІІ- линия окружающей среды при Т₀; Р₀; ІІІ- линия окружающей среды при Т₀^і и Р^і₀

Эксергия теплоты (12) изображается на sТ диаграмме (рис. 3) площадью цикла 2-3-4-5.

Графическое определение эксергии рабочего тела для реальных веществ можно произвести с помощью іS диаграммы (рис 5). Уравнение (11) для этой цели следует представлять в виде

Э= (і-T₀s)- (i₀-T₀S₀).

Состояниям с нулевой эксергией соответствует прямая ІІ, проходящая через точку О, характеризующую состояние рабочего тела в равновесии с окружающей средой (т.е. при S=S₀? B і=і₀), и имеющая угловой коэфициент Т₀. Эта прямая являэтся касательной к изобаре р=р₀ в точке О, так как в соответствии с формулой (105)

tgα_p=(di/ ds)_p=p0=T₀.

Из рисунка 5 видно 1в=і₁-і₀; вс=вО=tgα*Т₀(S₀-S₁₎ и Э ₁= (і₁-і₀)+Т₀(s₀-s₁)= 1в + вс=1с. Следовательно эксергия рабочего тела в проточной системе изображается длинно вертикального отрезка 1с между точкой 1, соответствующей состоянию рабочего тела, и точкой с на прямой окружающей среды Э₀=0. На sі диаграмме можно нанести линии постоянной эксергии Э =const, которыэ идут параллельно линии окружающей среды, например линия 1(Э₁=const) на рис. 5.

Были предложены также диаграммы, на которых эксергия выбрана в качестве одной из координат (энтропия – эксергия, энтальпия-эксергия и др.) однако каждая из таких диаграмм действительно только при одних, определенных параметрах окружающей среды р₀,Т₀, что значительно ограничивает их применение. В этом отношении sі диаграмма более удобна, так как для определения эксергии при изменении условий окружающей среды р₀, Т₀ на р₀^I,T₀^I достаточно провести новую линию III окружающей среды при р₀^I и T₀^I. Значение эксергии рабочего тела Э₁^I в состоянии 1 в новых условия изображается отрезок прямой 1с^I.