Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жылу қозғалтқыштарының жұмысын бағалау
Measure of performance of heat engines
Жылу инженериясында эксергиялық тиімділік (екінші заң тиімділігі немесе рационалды тиімділік деп те аталады) жүйенің кері процестегі жұмысына қатысты тиімділігін есептейді. Ол жылу қозғалтқыштары үшін нақты жүйенің жылу тиімділігін, жүйенің идеалды немесе кері айналатын нұсқасымен салыстырғандағы арақатынасы ретінде анықталады. Жұмыс тұтынатын жүйелер үшін бұл жүйенің пайдалы жұмыс шығынының кері жұмыс шығынына қатынасы ретінде де сипатталады. Тоңазытқыштар мен жылу сорғылары үшін бұл нақты өнімділік коэффициентінің (COP) кері COP-қа қатынасы болып табылады.
In thermal engineering, exergy efficiency (also known as the second law efficiency or rational efficiency) computes the effectiveness of a system relative to its performance in reversible conditions. It is defined as the ratio of the thermal efficiency of an actual system compared to an idealized or reversible version of the system for heat engines. It can also be described as the ratio of the useful work output of the system to the reversible work output for work consuming systems. For refrigerators and heat pumps, it is the ratio of the actual coefficient of performance (COP) and reversible COP.
Мотивация
Екінші заңды тиімділік қажет болуының себебі, бірінші заңды тиімділіктер жүйенің идеалды нұсқасымен салыстыру мүмкіндігін қамтамасыз етпейді. Бірінші заңды тиімділіктерді ғана пайдалану жүйенің іс жүзіндегіден тиімді деп ойлауға алып келуі мүмкін. Сондықтан, жүйенің тиімділігі туралы шынайы көрініс алу үшін екінші заңды тиімділіктер қажет. Термодинамиканың екінші заңынан ешбір жүйенің 100% тиімді бола алмайтынын көрсетуге болады.
The reason the second law efficiency is needed is because the first law efficiencies fail to take into account an idealized version of the system for comparison. Using first law efficiencies alone, can lead one to believe a system is more efficient than it is in reality. So, the second law efficiencies are needed to gain a more realistic picture of a system's effectiveness. From the second law of thermodynamics it can be demonstrated that no system can ever be 100% efficient.
Қолдану
Эксергияның жойылуы энтропияның пайда болуымен тығыз байланысты, сондықтан өте қайтымсыз процестерді қамтитын кез келген жүйенің энергия тиімділігі төмен болады. Мысалы, электр станцияларының газ турбинасындағы жану процесі өте қайтымсыз болып келеді және эксергияның шамамен 25% осы жерде жойылады. Қазба отындар үшін реакцияның еркін энтальпиясы реакцияның энтальпиясынан көбінесе аздап ғана кем болады, сондықтан теңдеулерден энергия тиімділігі энергия заңының тиімділігінен жоғары болатынын көреміз. Мысалы, метанды жасайтын әдеттегі біріктірілген циклды электр станциясының энергия тиімділігі 55% болуы мүмкін, ал эксергия тиімділігі 57% құрайды. 100% эксергия тиімділігі бар метанмен жұмыс істейтін электр станциясы 98% энергия тиімділігіне сәйкес келеді. Бұл біз қолданатын көптеген отындар үшін қол жетімді ең жоғары тиімділік 90%-дан аспайды, бірақ көп жағдайда жылу машинасы қолданылатындықтан Карно тиімділігімен шектеліп отырмыз.
The destruction of exergy is closely related to the creation of entropy and as such any system containing highly irreversible processes will have a low energy efficiency. As an example the combustion process inside a power stations gas turbine is highly irreversible and approximately 25% of the exergy input will be destroyed here. For fossil fuels the free enthalpy of reaction is usually only slightly less than the enthalpy of reaction so from equations and we can see that the energy efficiency will be correspondingly larger than the energy law efficiency. For example, a typical combined cycle power plant burning methane may have an energy efficiency of 55%, while its exergy efficiency will be 57%. A 100% exergy efficient methane fired power station would correspond to an energy efficiency of 98%. This means that for many of the fuels we use, the maximum efficiency that can be achieved is >90%, however we are restricted to the Carnot efficiency in many situations as a heat engine is being used.
Карно жылу қозғалтқышына қатысты
Кез келген жылу қозғалтқышы үшін эксергиялық тиімділік берілген циклді, қоршаған ортамен жылулық тепе-теңдікте болатын суық температурасы бар Карно жылу қозғалтқышымен салыстырады. Карно қозғалтқышы – мүмкін болатын ең тиімді жылу қозғалтқышы екенін, бірақ жұмыс жасау үшін ең тиімді құрылғы емес екенін есте сақтаңыз. Мысалы, отын жасу элементтері теориялық түрде Карно қозғалтқышынан әлдеқайда жоғары тиімділікке жете алады; олардың энергия көзі жылу емес, сондықтан олардың эксергиялық тиімділігі Карно қозғалтқышымен салыстырылмайды.
For any heat engine, the exergy efficiency compares a given cycle to a Carnot heat engine with the cold side temperature in equilibrium with the environment. Note that a Carnot engine is the most efficient heat engine possible, but not the most efficient device for creating work. Fuel cells, for instance, can theoretically reach much higher efficiencies than a Carnot engine; their energy source is not thermal energy and so their exergy efficiency does not compare them to a Carnot engine.
Екінші заң: максималды қуаттың тиімділігі
Термодинамиканың бірінші де, екінші де заңы энергияның түрлену жылдамдығын өлшемейді. Егер энергия түрленуінің ең жоғары жылдамдығының өлшемі екінші заңның тиімділігіне қосылса, ол ең жоғары қуат бойынша екінші заң тиімділігі деп аталады және ең жоғары қуат принципімен тікелей байланысты (Gilliland 1978, 101-бет).
Neither the first nor the second law of thermodynamics includes a measure of the rate of energy transformation. When a measure of the maximal rate of energy transformation is included in the measure of second law efficiency it is known as second law efficiency under maximum power, and directly related to the maximum power principle (Gilliland 1978, p. 101).