Теория разделения деструкции эксергии на внутренне- и внешне-зависимые части
В статье представлены концепция определения внутренне- и внешне-зависимых частей деструкции эксергии и перспективы ее использования для эксергоэкономического анализа и оптимизации. У статті подано концепцію визначення внутрішнє- та зовнішнє-залежних частин деструкціх ексергії та перспективи її викор...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2006 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2006
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61465 |
| 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: | Теория разделения деструкции эксергии на внутренне- и внешне-зависимые части / Т.В. Морозюк, Дж. Тсатсаронис // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 6. — С. 94-99. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860090333946183680 |
|---|---|
| author | Морозюк, Т.В. Тсатсаронис, Дж. |
| author_facet | Морозюк, Т.В. Тсатсаронис, Дж. |
| citation_txt | Теория разделения деструкции эксергии на внутренне- и внешне-зависимые части / Т.В. Морозюк, Дж. Тсатсаронис // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 6. — С. 94-99. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | В статье представлены концепция определения внутренне- и внешне-зависимых частей деструкции эксергии и перспективы ее использования для эксергоэкономического анализа и оптимизации.
У статті подано концепцію визначення внутрішнє- та зовнішнє-залежних частин деструкціх ексергії та перспективи її використання для ексергоекономічного аналізу та оптимізації.
The paper presents the general concept of endogenous and exogenous parts of the exergy destruction and possibilities of this approach for the future application in exergoeconomic analysis and optimization.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:22:44Z |
| format | Article |
| fulltext |
Эксергетический анализ указывает на место;
положение, величину и источники термодина;
мической неэффективности в энергопреобразу;
ющей системе. Эта информация является
необходимой и достаточной для повышения эф;
фективности системы, а также предназначена
для сравнения различных систем по этим показа;
телям. Информация, полученная из эксергетиче;
ского анализа, и особенно с применением совре;
менного углубленного эксергетического анализа,
недоступна при выполнении энергетического
анализа.
Для энергопреобразующей системы, работаю;
щей в устойчивом режиме, имеется некоторое
число входящих и выходящих потоков, таких как
теплота и работа при взаимодействии с окружа;
ющей средой. Связанная с этим передача веще;
ства и энергии есть эксергия, передаваемая сис;
теме или выходящая из нее, и деструкция
эксергии, вызванная необратимостями в преде;
лах системы.
Для k;го компонента системы в эксергетичес;
ком анализе должно быть рассчитано достаточно
много критериев (подробно описано в [1,2]), ос;
нову которых составляют следующие:
абсолютная деструкция эксергии
ED,k = To Sgen,k ; (1)
εk – эксергетическая эффективность
. (2)
Эксергетический баланс k;го компонента за;
писывается в виде
EF,k = EP,k + ED,k .
Углубление эксергетического анализа необхо;
димо с точки зрения расширения его возможнос;
тей, прежде всего, связанных с прикладным зна;
чением для совершенствования методик
эксергоэкономического анализа и оптимизации,
, ,
, ,
1
P k D k
k
F k F k
E E
E E
ε = = −
94 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 6
ТЕРМОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА
У статті подано концепцію визначен-
ня внутрішнє- та зовнішнє-залежних ча-
стин деструкціх ексергії та перспективи
її використання для ексергоекономічно-
го аналізу та оптимізації.
В статье представлены концепция
определения внутренне- и внешне-за-
висимых частей деструкции эксергии и
перспективы ее использования для эк-
сергоэкономического анализа и опти-
мизации.
The paper presents the general con-
cept of endogenous and exogenous parts
of the exergy destruction and possibilities
of this approach for the future application
in exergoeconomic analysis and optimiza-
tion.
УДК 621.1.016
МОРОЗЮК Т.В.1, ТСАТСАРОНИС ДЖ.2
1Морская академия Щецина, Польша
2Берлинский технический университет
ТЕОРИЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ДЕСТРУКЦИИ ЭКСЕРГИИ НА
ВНУТРЕННЕ- И ВНЕШНЕ-ЗАВИСИМЫЕ ЧАСТИ
E – эксергия потока;
e – удельная эксергия;
М – массовый расход рабочего вещества;
S – энтропия;
s – удельная энтропия;
Т – температура;
ε – эксергетическая эффективность.
Индексы
D – деструкция;
EN – внутренне зависимая часть;
EX – внешне зависимая часть;
F – топливо;
gen – производство энтропии;
k – произвольный элемент системы;
Р – продукт;
tot – общий.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 6 95
ТЕРМОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА
что, в конечном счете, преследует совершенство;
вание экономических характеристик функцио;
нирования энергопреобразующих систем.
Система уравнений для эксергетического ана;
лиза и далее эксергоэкономического анализа и
оптимизации традиционно записывается для k;го
компонента системы, при этом взаимосвязью и
взаимозависимостью между элементами прене;
брегают [1,2].
Разработанная авторами теория разделения
деструкции эксергии на внутренне;зависимую
(англ. – endogenous – EN) и внешне;зависимую
(англ. – exogenous – EX) части позволяет описы;
вать необратимость (деструкцию) в каждом эле;
менте энергопреобразующей системы как сумму
, (3)
где
– часть деструкции, возникающая исклю;
чительно из;за необратимости в k;ом элементе
энергопреобразующей системы, когда остальные
элементы функционируют как идеальные;
– часть деструкции эксергии, возникающая
в k;ом компоненте системы из;за присутствия
необратимостей в других компонентах системы.
Таким образом, впервые в эксергетическом
анализе будет рассмотрено влияние элементов
энергопреобразующей системы друг на друга, что
даст возможность выявить элементы, на умень;
шение необратимости в которых в первую оче;
редь должно быть направлено внимание инжене;
ра;проектировщика.
В действительных энергопреобразующих сис;
темах имеет место 3 варианта соединений эле;
ментов между собой: последовательное, парал;
лельно;последовательное и параллельное.
Рассмотрим эти варианты на предмет определе;
ния наличия внутренне; и внешне;зависимой
частей деструкции эксергии в каждом элементе.
Открытая энергопреобразующая система, со;
стоящая из трех последовательно расположенных
элементов А, В и С, представлена на рис. 1. Топли;
во элемента А (EF,A) является топливом всей сис;
темы (EF,tot). Продукт элемента А (EP,A) является
топливом для элемента B (EF,B), продукт элемента
В (EP,В) является топливом для элемента С (EF,С).
Продукт элемента С (EP,С) является продуктом
всей системы (EP,tot). Величина EP,tot на протяже;
нии всего анализа сохраняется постоянной.
На основании (2) деструкция эксергии в эле;
менте С определяется как
.
Деструкция эксергии в элементе В определя;
ется аналогично
,
однако величина EP,В представляет внутренний
поток энергопреобразующей системы, поэтому
необходимо ее выразить через EP,tot. На основа;
нии (2) и , следовательно,
. (4)
Тогда и
.
Из (4) следует, что абсолютная деструкция эк;
сергии в элементе В зависит не только от эксер;
, ,
1 1
1 1
EX
D B P tot
C B
E E
⎛ ⎞⎛ ⎞
= − −⎜ ⎟⎜ ⎟ε ε⎝ ⎠⎝ ⎠
, ,
1
1
EN
D B P tot
B
E E
⎛ ⎞
= −⎜ ⎟ε⎝ ⎠
,
,
1
1
P tot
D B
C B
E
E
⎛ ⎞
= −⎜ ⎟ε ε⎝ ⎠
,
, ,
P c
P B F C
C
E
E E= =
ε
,
,
P c
C
F C
E
E
ε =
, ,
1
1
D B P B
B
E E
⎛ ⎞
= −⎜ ⎟ε⎝ ⎠
, , ,
1 1
1 1
D C P C P tot
C C
E E E
⎛ ⎞ ⎛ ⎞
= − = −⎜ ⎟ ⎜ ⎟ε ε⎝ ⎠ ⎝ ⎠
,
EX
D k
E
,
EN
D k
E
, , ,
EN EX
D k D k D k
E E E= +
Рис. 1. Последовательное соединение элементов.
96 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 6
ТЕРМОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА
гетической эффективности этого элемента (εВ),
но также и от эксергетической эффективности
элемента С (εС).
Путем аналогичных преобразований получаем
выражение для элемента А:
.
где и
.
На рис. 2 представлена открытая энергопреоб;
разующая система, состоящая из элементов А, В,
С и D, в которой элементы В и С расположены
параллельно. Продукт элемента D (EP,С) является
продуктом всей системы (EP,D = EP,tot). Топливо
элемента А является топливом всей системы
(EF,A = EF,tot). Эксергию продукта элемента А раз;
деляем на две части, пропорционально массово;
му расходу рабочего вещества. Для этого предста;
вим полную эксергию потока в виде
произведения удельной эксергии и массы потока
. (5)
Тогда для определения эксергии топлива эле;
мента А будет справедливо уравнение
EP,A = (1–x) M eP,A + x M eP,A = (1–x) EP,A + x EP,A (6)
и
(1–x) EP,A = EF,B, (7)
x EP,A = EP,C, (8)
далее
EP,B = (1–x) EF,D, (9)
EP,C = x EF,D.
На основании (5–9) и предыдущего анализа
запишем
,
,
,
следовательно, и
,
,
тогда .
На рис. 3 представлена открытая энергопреоб;
разующая система, состоящая из элементов А, В
и С, в которой элементы В и С расположены па;
раллельно. Топливо элемента А является топли;
вом всей системы (EF,A = EF,tot). Продуктами сис;
темы являются продукт элемента В (EP,В) и
продукт элемента С (EP,C).
Деструкцию в элементах В и С определяем не;
зависимо друг от друга, так как независимыми
являются продукты, произведенные в этих эле;
, ,
1
1
EN
D A P tot
A
E E
⎛ ⎞
= −⎜ ⎟ε⎝ ⎠
,
,
1 1
1
P tot
D A
D B C A
E x x
E
⎛ ⎞⎛ ⎞−
= + −⎜ ⎟⎜ ⎟ε ε ε ε⎝ ⎠⎝ ⎠
, ,
1
1
EN
D C P tot
C
E x E
⎛ ⎞
= −⎜ ⎟ε⎝ ⎠
( ), ,
1
1 1
EN
D B P tot
B
E x E
⎛ ⎞
= − −⎜ ⎟ε⎝ ⎠
,
,
1
1
P tot
D C
D C
x E
E
⎛ ⎞
= −⎜ ⎟ε ε⎝ ⎠
( ) ,
,
1 1
1
P tot
D B
D B
x E
E
− ⎛ ⎞
= −⎜ ⎟ε ε⎝ ⎠
, , ,
1
1
EN
D D P tot D D
D
E E E
⎛ ⎞
= − =⎜ ⎟ε⎝ ⎠
k k
E M e= ⋅
, ,
1 1
1 1
EX
D A P tot
B C A
E E
⎛ ⎞⎛ ⎞
= − −⎜ ⎟⎜ ⎟ε ε ε⎝ ⎠⎝ ⎠
, ,
1
1
EN
D A P tot
A
E E
⎛ ⎞
= −⎜ ⎟ε⎝ ⎠
,
,
1
1
P tot
D A
C B A
E
E
⎛ ⎞
= −⎜ ⎟ε ε ε⎝ ⎠
Рис. 2. Параллельно%последовательное соединение
элементов
ментах
,
.
Аналогично записываем выражение для эле;
мента А
.
Однако поскольку EР,A не является продуктом
системы, то необходимо выразить эту величину
через EP,В и EP,C , тогда
.
Окончательно
,
где .
Анализ всех возможных вариантов соедине;
ния элементов в различных энергопреобразую;
щих системах показал, что в открытых системах
только в том компоненте, где
(при условии ). Очевид;
но, что для анализа открытой системы при усло;
вии вывод будет спра;
ведлив для компонента, в котором .
Для других элементов всегда будут иметь место
как внутренне;зависимые, так и внешне;зависи;
мые части деструкции эксергии.
Выражения для определения эксергии топли;
ва и продукта в элементах энергопреобразующих
систем представлено в таблице. На основании
анализа данных таблицы видно, что теоретичес;
кое условие практически никогда не
встречается в действительных системах, кроме
того, большинство энергопреобразующих систем
представляет закрытые системы, таким образом
для каждого компонента будет справедливо урав;
нение (3).
Величины внутренне;зависимой и внешне;за;
висимой частей деструкции эксергии необходи;
мо использовать для проведения проектного ана;
лиза и оптимизации следующим образом:
при анализируемый элемент
(выбранная конструкции и связанная с ней нео;
братимость, т.е. значение εk) должен быть при;
знан достаточно совершенным с точки зрения
эксергетического анализа, следовательно, можно
перейти к анализу других элементов;
при анализируемый элемент
признается несовершенным и требуется повы;
сить его эффективность (например, выбрать дру;
гую конструкцию, что, естественно, повлияет на
величину необратимости и значение εk);
при следует перейти к рассмо;
трению других элементов системы, так как со;
вершенствование одного из элементов обяза;
тельно окажет влияние на величину деструкции
эксергии в рассматриваемом элементе, т.е. при;
ведет к первым двум случаям анализа.
Расчет деструкции эксергии в элементах энер;
гопреобразующих систем с разделением ее на
, ,
EN EX
D k D k
E E=
, ,
EN EX
D k D k
E E>
, ,
EN EX
D k D k
E E<
, 1 ,P k F k
E E− =
, ,F tot F k
E E=
, ,
EN
D k D k
E E=
,F tot
E const=
,P tot
E const=
, ,P tot P k
E E=
, ,
EN
D k D k
E E=
( ), , ,
1
1
EN
D A P B P C
A
E E E
⎛ ⎞
= + −⎜ ⎟ε⎝ ⎠
, ,
,
1
1
P B P C
D A
B C A
E E
E
⎛ ⎞⎛ ⎞
= + −⎜ ⎟⎜ ⎟ε ε ε⎝ ⎠⎝ ⎠
, ,
,
P B P C
P C
B C
E E
E+ = +
ε ε
, , ,
1 1
1 1
P B P B P C
B C
E E E
⎛ ⎞⎛ ⎞
= − + + − +⎜ ⎟⎜ ⎟ε ε⎝ ⎠ ⎝ ⎠
, , , , ,P A P B D B P C D C
E E E E E= + + + =
, ,
1
1
D A P A
A
E E
⎛ ⎞
= −⎜ ⎟ε⎝ ⎠
, , ,
1
1
EN
D C P C D C
C
E E E
⎛ ⎞
= − =⎜ ⎟ε⎝ ⎠
, , ,
1
1
EN
D B P B D B
B
E E E
⎛ ⎞
= − =⎜ ⎟ε⎝ ⎠
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 6 97
ТЕРМОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА
Рис. 3. Последовательное соединение элементов.
внутренне; и внешне;зависимые части является
весьма заманчивым для проведения проектного
анализа и оптимизации и, на первый взгляд,
чрезвычайно легким. Попытки авторов создать
единую инженерную методику на основании те;
оретических разработок выявило сложности, ко;
торые встретятся на пути любого исследователя и
инженера. Соответственно, должна быть разра;
ботана вспомогательная теория, позволяющая
преодолеть эти преграды.
Прежде всего, необходимо определить, что
такое “идеальный элемент”, т.е. как должны
быть сформулированы условия анализа, чтобы
для “идеального элемента” соблюдались усло;
вия , т.е. , следовательно,
εk = 1. Для компрессора и турбины (детандера)
это понятие соответствует изоэнтропному про;
цессу сжатия. Формулировка понятий “идеаль;
ный элемент” для других элементов, рассмот;
ренных в таблице, находится в стадии
разработки.
На основании уравнение (1) величину дест;
рукции эксергии можно представить в виде
ED,k = To sgen,k M, где М – массовый расход рабоче;
го вещества в энергопреобразующей системе. Та;
кой подход дает возможность проанализировать
изменение величины ED,k через:
изменение только sgen,k (при М = const);
изменение только М (при sgen,k = const);
изменение sgen,k M.
Практика показывает, что третий случай
является наиболее сложным, однако и наиболее
распространенным, так как в действительной
энергопреобразующей системе введение любой
необратимости влияет на изменение массового
расхода рабочего вещества.
Имеются две формулировки для определения
влияния необратимости на эффективность сис;
темы в целом:
любая необратимость способствует
уменьшению полезного эффекта энергопреоб;
разующей системы при сохранении неизменным
, ,F k P k
E E=
,
1
D k
E =
98 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 6
ТЕРМОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА
Та б л и ц а . Эксергетическая эффективность элементов энергопреобразующих систем
,
,
P k
k
F k
E
E
ε =
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 6 99
ТЕРМОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА
величины начальной энергии (теорема Гюи;Сто;
долы);
любая необратимость способствует увели;
чению начальной энергии, вводимой в энерго;
преобразующую систему при сохранении неиз;
менным величины полезного эффекта (развитие
Ф.Бошняковичем [3] теоремы Гюи;Стодолы).
Таким образом, формирование инженерной ме;
тодики для определения внутренне; и внешне;за;
висимых частей деструкции эксергии должно
осуществляться в соответствии с одной из выше;
приведенных формулировок в зависимости от усло;
вий задачи EF,tot = const или EP,tot = const. Введение
необратимости только в один процесс и расчет дес;
трукции эксергии в соответствующем элементе и
будет соответствовать величине внутренне;зависи;
мой части деструкции эксергии в этом элементе.
Выводы
В настоящей статье впервые широко сформу;
лировано понятие внутренне; зависимых и
внешне; зависимых частей деструкции эксергии
как еще одного метода углубления эксергетичес;
кого анализа [4]. Рассмотрены также необходи;
мость такого разделения деструкции эксергии и
перспективы для создания инженерного инстру;
ментария, для дальнейшего использования в эк;
сергоэкономическом анализе и оптимизации.
Авторы с благодарностью подтверждают фи@
нансирование со стороны Alexander von Houmboldt
Stiftung (Германия) для выполнения этой работы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Bejan A., Tsatsaronis G., Moran M. Thermal
Design and Optimization. – New York: J. Wiley,
1996, С. 529.
2. Тсатсаронис Д. Взаимодействие термоди;
намики и экономики для минимизации стоимос;
ти энергопреобразующей системы / Под ред. и
пер. с англ. Т.В. Морозюк. – Одесса: Студия “Не;
гоциант”. – 2002. – С. 152.
3. Бошнякович Ф. Техническая термодинамика.
Часть вторая. – Л. – М.: Госэнергоиздат, 1956. –
С. 256.
4. Морозюк Т.В., Тсатсаронис Д. Углублен;
ный эксергетический анализ – современная по;
требность оптимизации энергопреобразующих
систем // Промышленная теплотехника. – 2005. –
Т. 27, № 2. – С. 88–92.
Получено 15.03.2006 г.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61465 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:22:44Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Морозюк, Т.В. Тсатсаронис, Дж. 2014-05-05T19:21:12Z 2014-05-05T19:21:12Z 2006 Теория разделения деструкции эксергии на внутренне- и внешне-зависимые части / Т.В. Морозюк, Дж. Тсатсаронис // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 6. — С. 94-99. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61465 621.1.016 В статье представлены концепция определения внутренне- и внешне-зависимых частей деструкции эксергии и перспективы ее использования для эксергоэкономического анализа и оптимизации. У статті подано концепцію визначення внутрішнє- та зовнішнє-залежних частин деструкціх ексергії та перспективи її використання для ексергоекономічного аналізу та оптимізації. The paper presents the general concept of endogenous and exogenous parts of the exergy destruction and possibilities of this approach for the future application in exergoeconomic analysis and optimization. Авторы с благодарностью подтверждают финансирование со стороны Alexander von Houmboldt Stiftung (Германия) для выполнения этой работы. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Термодинамика и процессы переноса Теория разделения деструкции эксергии на внутренне- и внешне-зависимые части Advance exergy analysis is modern need for optimization Article published earlier |
| spellingShingle | Теория разделения деструкции эксергии на внутренне- и внешне-зависимые части Морозюк, Т.В. Тсатсаронис, Дж. Термодинамика и процессы переноса |
| title | Теория разделения деструкции эксергии на внутренне- и внешне-зависимые части |
| title_alt | Advance exergy analysis is modern need for optimization |
| title_full | Теория разделения деструкции эксергии на внутренне- и внешне-зависимые части |
| title_fullStr | Теория разделения деструкции эксергии на внутренне- и внешне-зависимые части |
| title_full_unstemmed | Теория разделения деструкции эксергии на внутренне- и внешне-зависимые части |
| title_short | Теория разделения деструкции эксергии на внутренне- и внешне-зависимые части |
| title_sort | теория разделения деструкции эксергии на внутренне- и внешне-зависимые части |
| topic | Термодинамика и процессы переноса |
| topic_facet | Термодинамика и процессы переноса |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61465 |
| work_keys_str_mv | AT morozûktv teoriârazdeleniâdestrukciiéksergiinavnutrenneivnešnezavisimyečasti AT tsatsaronisdž teoriârazdeleniâdestrukciiéksergiinavnutrenneivnešnezavisimyečasti AT morozûktv advanceexergyanalysisismodernneedforoptimization AT tsatsaronisdž advanceexergyanalysisismodernneedforoptimization |