Энтропийно-эксергетический анализ теплоэнергетических систем

Изложен метод энтропийного анализа действительно протекающих процессов в тепловых установках, основанный на экспериментальной и статистической информации, а также методе эксергетического исследования неравновесных теплоэнергетических процессов....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автори:	Долинский, А.А., Драганов, Б.Х., Шморгун, В.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2011
Назва видання:	Промышленная теплотехника
Теми:	Термодинамика и процессы переноса
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60323
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Энтропийно-эксергетический анализ теплоэнергетических систем / А.А. Долинский, Б.Х. Драганов, В.В. Шморгун // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 2. — С. 84-88. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-60323
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-603232014-04-15T03:01:23Z Энтропийно-эксергетический анализ теплоэнергетических систем Долинский, А.А. Драганов, Б.Х. Шморгун, В.В. Термодинамика и процессы переноса Изложен метод энтропийного анализа действительно протекающих процессов в тепловых установках, основанный на экспериментальной и статистической информации, а также методе эксергетического исследования неравновесных теплоэнергетических процессов. Викладено метод ентропійного аналізу дійсно протікаючих процесів у теплових установках, заснований на експериментальній статистичній інформації та методі ексергетичного дослідження нерівноважних теплоенергетичних процесів. The method of entropy analysis really running processes in the thermal plants based on experimental and statistical information, as well as the method exergy study of nonequilibrium heat and power processes is expounded. 2011 Article Энтропийно-эксергетический анализ теплоэнергетических систем / А.А. Долинский, Б.Х. Драганов, В.В. Шморгун // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 2. — С. 84-88. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60323 261.1:261.57 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Термодинамика и процессы переноса Термодинамика и процессы переноса
spellingShingle	Термодинамика и процессы переноса Термодинамика и процессы переноса Долинский, А.А. Драганов, Б.Х. Шморгун, В.В. Энтропийно-эксергетический анализ теплоэнергетических систем Промышленная теплотехника
description	Изложен метод энтропийного анализа действительно протекающих процессов в тепловых установках, основанный на экспериментальной и статистической информации, а также методе эксергетического исследования неравновесных теплоэнергетических процессов.
format	Article
author	Долинский, А.А. Драганов, Б.Х. Шморгун, В.В.
author_facet	Долинский, А.А. Драганов, Б.Х. Шморгун, В.В.
author_sort	Долинский, А.А.
title	Энтропийно-эксергетический анализ теплоэнергетических систем
title_short	Энтропийно-эксергетический анализ теплоэнергетических систем
title_full	Энтропийно-эксергетический анализ теплоэнергетических систем
title_fullStr	Энтропийно-эксергетический анализ теплоэнергетических систем
title_full_unstemmed	Энтропийно-эксергетический анализ теплоэнергетических систем
title_sort	энтропийно-эксергетический анализ теплоэнергетических систем
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Термодинамика и процессы переноса
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60323
citation_txt	Энтропийно-эксергетический анализ теплоэнергетических систем / А.А. Долинский, Б.Х. Драганов, В.В. Шморгун // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 2. — С. 84-88. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT dolinskijaa éntropijnoéksergetičeskijanalizteploénergetičeskihsistem AT draganovbh éntropijnoéksergetičeskijanalizteploénergetičeskihsistem AT šmorgunvv éntropijnoéksergetičeskijanalizteploénergetičeskihsistem
first_indexed	2025-07-05T11:27:35Z
last_indexed	2025-07-05T11:27:35Z
_version_	1836806156795772928
fulltext	ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №284 ТЕРМОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА УДК 261.1:261.57 Долинский А.А.1, Драганов Б.Х.2, Шморгун В.В.1 1Институт технической теплофизики НАН Украины 2Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины ЭНТРОПИЙНО-ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ Викладено метод ентропій- ного аналізу дійсно протікаючих процесів у теплових установках, заснований на експериментальній статистичній інформації та методі ексергетичного дослідження не- рівноважних теплоенергетичних процесів. Изложен метод энтропийного анализа действительно протека- ющих процессов в тепловых уста- новках, основанный на экспе- риментальной и статистической информации, а также методе эксер- гетического исследования неравно- весных теплоэнергетических про- цессов. The method of entropy analysis really running processes in the thermal plants based on experimental and statistical information, as well as the method exergy study of nonequilibrium heat and power processes is expounded. Е – эксергия; l – работа, работоспособность системы; p – давление; S – энтропия; T – температура; η – термодинамическая эффективность; µ – химический потенциал; Индексы верхние: ДИВЭ – дискретно-импульсный ввод энергии. Индексы нижние: D – деструкция; i – число компонент; k – компонента; L – потеря эксергии; r – показатель источника теплоты; 0 – окружающая среда; обр – обратимый; cум – суммарный. В тепловых двигателях имеют место по- тери работы, что сопряжено с производством энтропии. В процессе эксплуатации вследствие постепенного износа деталей и узлов, и ряда других причин, производство энтропии может увеличиться, что уменьшает реальную эффек- тивность установки [1, 4]. Термин «энергети- ческие потери» означает потери работы уста- новки и работоспособности, вследствие чего имеет место генерация энтропии. Необратимость процессов в реальных сис- темах обусловлена, в значительной степени, разностью потенциалов при их взаимодей- ствии с окружающей средой, а именно разни- цей давлений Δр, температур ΔТ, химических потенциалов Δµ или неравновесных разностей концентрации ΔС. В соответствии с принципами термодина- мики величина потери работоспособности Δl определяется соотношением Гюи и Стодола [2, 3]: ∑ = ∆=∆ n i iSTl 1 0 , (1) где Т0 – температура окружающей среды; ∑ = ∆ n i iS 1 – суммарное производство энтропии вследствие необратимости во всех элементах исследуемой установки. Уравнение (1) может быть использовано для определения в первом приближении также дей- ствительных потерь работы и работоспособ- ности теплосиловых установок. В [4] предло- жен метод определения действительных энер- гетических потерь в первом приближении по накопленной информации о реальных величи- нах среднестатистической степени совершен- ства установок, в которых работа генерируется при тех же температурах, что и производство энтропии в исследуемых установках. Полученная статистическая информация позволяет более точно определить степень тер- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №2 85 ТЕРМОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА модинамического совершенства ηтерм, которая равна отношению реально полученной работы к теоретически максимально возможной, при которой достигается максимальная степень термодинамического совершенства (ηт). На рисунке приведена зависимость ηт от температуры источника теплоты Тr [4]. Заслуживает внимания степень производ- ства энтропии при неравновесном теплообмене- передаче теплоты с уровня Тr1 на уровень Тr2, где Тr1 > Тr2. В этом случае величина производ- ства энтропии составит:       − − − =      −=∆ 2 02 1 01 121 теор 11 r r r r rrr T TT T TT T q TT qS . (2) Теоретическое значение потери работоспо- собности будет       − − − =∆ 0 02 1 01 теор T TT T TT ql r r r . (3) Это соотношение справедливо при условии, что теплосиловые установки осуществляются по циклу Карно в интервалах температур Тr1-Т0 и Тr2-Т0. В таком случае величина действитель- ной потери работоспособности от неравновес- ного теплообмена можно в первом приближе- нии выразить как 1 2 1 0 2 0 дейст терм терм 1 0 r r r r Т Т r T T T Tl q T T  − − ∆ = η − η    , (4) где 1терм rТη и 2терм rТη – среднестатистические величины степени термодинамического совер- шенства теплосиловых установок при соот- ветственно Тr1 и Тr2. В этом случае т.о. дейстl∆ бу- дет меньше, чем т.о. теорl∆ , о чем свидетельствуют тщательно выполненные расчеты [4]. На наш взгляд заслуживает внимания задача оценки эффективности теплосиловой установ- ки при ее усовершенствовании путем автомати- зации или повышения уровня технологических процессов, например при использовании прин- ципа дискретно–импульсного ввода энергии (ДИВЭ) [5, 6]. В этом случае действительная величина по- терь работоспособности может быть записана в виде ДИВЭ 0ДИВЭ ДИВЭ дейст ДИВЭ теор ДИВЭ 1 T T l q T  − ∆ = − η     , (5) где ДИВЭ теорη – среднестатистическая величина степени термодинамического совершенства системы при использовании концепции ДИВЭ. Рис. 1. Среднестатистические значения степени термодинамического совершенства от температуры источника теплоты. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №286 ТЕРМОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА Оценка степени совершенства исследуемой системы или объекта по величине изменения энтропии на основе статистической информа- ции справедливо не только для анализа процес- сов в технических устройствах, но также и яв- лений в области биологии, в социальной среде и т.д. [7, 8]. В историческом плане большинство явле- ний могут рассматриваться как эволюциони- рующиеся, критерием которого служит иерар- хия синтеза информации. Ценностью синтеза информации назовем число Zk, показывающее во сколько раз уменьшается количество инфор- мации при переходе к следующей ступени син- теза информации: 1 /k k kZ S S+= . (6) Эволюция, направленная в сторону более высокоорганизованных форм есть процесс иерархического увеличения суммарной энер- гии исследуемого явления или объекта. В настоящее время, в связи с развитием неравновесной термодинамики, основным ме- тодом исследования энергетических систем стал эксергетический анализ. В соединении с экономическим анализом возникло новое направление в науке – эксергоэкономика, име- ющая цель оптимизацию энергетических сис- тем. Введение понятия «эксергии» и «эксергоэ- кономики» позволяет выполнить анализ явле- ний необратимости и ее влияния на стоимость протекающих процессов. Следует подчеркнуть, что эксергетический метод не может дать результатов, принципи- ально отличных от классических термодинами- ческих. Это лишь новое средство проведения анализа. Приведем наиболее полное и точное опре- деление эксергии [9]. «Эксергия – это максимально возможная полезная работа (работоспособность) некото- рого вещества, которое по химическому соста- ву отличается от окружающей среды (μ ≠ μ0), находится при давлении и температуре, отлич- ных от аналогичных характеристик окружаю- щей среды (р ≠ р0 и Т ≠ Т0), если данное рабочее вещество полностью обратимо перевести из на- чального состояния (μ, Т и р) в конечное, на- ходящееся в равновесии с окружающей средой (μ0, Т0 и р0). Отношение отводимой от системы эксергии Евых к подводимой эксергии Евх определяет зна- чение эксергетического КПД. Примем, что система состоит из конечного количества элементов і = 1,2,...n, то при адди- тивности энтропии [10] , 1 ∑ = ∑ ∆=∆ n i iSS (7) тогда, аналогично 1 , n i i ∑ = ∆Π = ∆Π∑ (8) где П – расход эксергии. Выражение для ΔSi может быть записано в самом общем виде как алгебраическая сумма потоков энтропии и суммы приведенных теп- лот, подводимых (или отводимых) k-му элемен- ту в процессе взаимодействия системы с внеш- ними телами (рис. 2) [10]. 1 1 1 , i i i i i i i i i i i i L K R r i l l k k l k r r Q S m s m s T= = = ∆ = − +∑ ∑ ∑ (9) где ml , mk – количество потоков, входящие (ki) в i-й элемент и исходящие (li) из i-го элемента; ki = 1, 2,…, Ki; li =1, 2,…, Li; в общем случае ki ≠ li; Qr – количество тепловых потоков, отво- димых от i-го элемента (или подводимых к нему); ri = 1, 2,…, Ri; Tr – температурный уро- вень соответствующих тепловых потоков Qr . Определив ΔSi, можно найти значения Пi, а затем и действительную полученную (или из- расходованную) работу Lд = Lобр– ПΣ – для прямых циклов , Lд = Lобр+ ПΣ – для обратных циклов где Lобр – работа (полученная или израсходо- ванная) в обратимом цикле-образце. Для учета влияния каждой отдельной не- обратимости, то есть влияния каждого кон- кретного элемента системы на общие потери в i i i i i      ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №2 87 ТЕРМОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА Рис. 2. Термодинамическая модель произвольного элемента энергопреобразующей системы. системе, могут быть записаны выражения для относительных коэффициентов эксергетиче- ских потерь (для i-го элемента, где i = 1, 2…, n): 1 1 ,i i i n n i i i i S S = = Π ∆ ω = = Π ∆∑ ∑ (10) 1 2 ... 1.nω +ω + +ω = (11) Для учета влияния каждой отдельной необ- ратимости на общие потери эксергии, имею- щие место в системе, запишем выражение для абсолютных коэффициентов эксергетических потерь вх ,i i E Π Ω = (12) где Ωі – абсолютный коэффициент эксергети- ческих потерь i-го элемента системы; Евх – эк- сергия, которая вводится в систему (начальная энергия). Полный абсолютный коэффициент эксерге- тических потерь 1 1 2 1вх ... . n i n i n i iE = = Π Ω = = Ω +Ω + +Ω = Ω ∑ ∑ (13) Эксергетический КПД рассмотренной энер- гетической системы равен 1вых вх вх вх 1 1 n i iЕ Е E = Π η = = − = −Ω ∑ (14) Если известны ΔSi, Пi для каждого элемен- та, то можно определить ωi, Ωi и для действую- щей системы в целом. Современный эксергический анализ раз- личает понятия «деструкции эксергии» (ЕD) и «потери эксергии» (ЕL) в k-м элементе системы, где ΔEсум = ЕD + ЕL. [11]. Деструкцией эксергии (англ. – exergy des- truction) описывают необратимости, имеющие место в каждом элементе системы, не различая их, как ранее, на внутренние и внешние. Потери эксергии (англ. – exergy loses) воз- никают при тепловом взаимодействии k-го эле- мента с окружающей средой. Потери эксергии зависят от типа и конструкции аппарата, а так- же от температурного уровня его роботы. Особого внимания заслуживает метод эк- сергоэкономической оптимизации, на основе которого можно определить энергетические и экономические показатели в их взаимозависи- мости [10, 11]. Выводы Эффективное средство оценки реаль- ных энергетических процессов основыва- ется на энтропийном (включая энтропийно- статистический) анализе и принципах эксергоэкономической концепции. Эксергоэ- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №288 ТЕРМОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА кономика удобна для определения энергетиче- ских показателей неравновесных явлений. ЛИТЕРАТУРА 1. Драганов Б.Х., Долінський А.А., Міщенко А.В., Письменний Є.М. (за ред. Б.Х. Драганова). Теплотехніка: Підручник. – К: «ІНКОС», 2005. – 504 с. 2. Буляндра О.Ф. Технічна термодинаміка. – К.: Вища школа, 2001. – 320 с. 3. Теплотехника / А.М. Архаров, С.И. Иса- ев, И.А. Кожинов и др., Под общей ред. В.И. Крутова. – М.: Машиностроение, 1986. – 432 с. 4. Архаров А.М., Сычев В.В. Основы эн- тропийно–статистического анализа реальных энергетических потерь в низкотемпературных и высокотемпературных машинах и устрой- ствах // Холодильная техника. – 2005. – №12. – С. 14–23. 5. Долінський А.А. Принцип дискретно– імпульсного вводу енергії та його використан- ня в технічних процесах // Вісник АН УССР. – 1984. – №1. – С. 39–46. 6. Накорчевський А.И., Басок Б.И. Гидро- динамика и тепломассоперенос в гетерогенных системах и пульсирующих потоках (под ред. А.А. Долинского). – К.: Наукова думка, 2001. – 348 с. 7. Николас Дж. Динамика иерархических систем: эволюционное представление. – М.: Мир, 1989. – 488 с. 8. Драганов Б.Х. Динамика синергетичес- ких и иерархических систем в эволюционных процессах // Відновлювальна енергетика. – 2009. – №2. – С. 5–7. 9. Морозюк Т.В. О корректном проведении эксергетического анализа // Холодильная тех- ника. – 2006. – № 2. – С. 18–21. 10. Morozuk T.V. Metods entropijno-cyklowa w analizie termoekonomicznej absorpcyjnych przemieimikow ciepla // Chlodnictwo. – 2000. – № 7. – Р. 6–10. 11. Bejan A., Tsatsaronis G., Moran M. Thermal Design and Optimization. – New York: J. Wiley, 1991. 12. Тсатсаронис Д. Взаимодействие термо- динамики и экономики для минимизации сто- имости энергопреобразующей системы / Под ред. и пер. с англ. Т.В. Морозюк. – Одесса: Сту- дия «Негоциант», 2002. – 712 с. Получено 04.01.2011 г.

Энтропийно-эксергетический анализ теплоэнергетических систем

Репозитарії

Схожі ресурси