Systems. Methods. Technologies 2 (38) 2018

Systems Methods Technologies. V.S. Stepanov et al. Methods for determining … 2018 № 2 (38) p. 63-69 68 Рис. 5. Зависимость коэффициента e τ в совокупной изолированной системе от температуры Таким образом, строго говоря, предложение 3. Ран- та представлять теплоту как сумму работоспособной части (эксергии) и неспособной совершать работу час- ти (анергии) не всегда корректно. В частности, эксер- гия, получаемая от совокупной изолированной систе- мы, включающей техническую систему и окружающую среду, в интервале температур от 0 К до * T T 0 1 = харак- теризует работоспособность теплоты окружающей сре- ды. Поэтому в данном случае получаемая эксергия не может быть частью теплоты, генерируемой техниче- ской системой. * * q T T T Q E 0 1 0 ос − ⋅ = . Отсюда следует, что с понижением температуры теплоты, подводимой технической системой, от * T T 0 1 = до абсолютного нуля, величина эксергии воз- растает. При этом возрастает и коэффициент работо- способности теплоты, который в пределе при K0 1 = T стремится к максимальному значению, равному 1 =τ e . Выводы В настоящее время эксергетический анализ широко используется в исследованиях высокотемпературных процессов в энергетике, металлургии и других отрас- лях экономики и дает убедительные, исчерпывающие результаты. В то же время удивительно, что в прило- жении к процессам, протекающим при температурах ниже температуры окружающей среды, те же методы дают труднообъяснимые результаты, противоречащие здравому смыслу. Авторы статьи проанализировали существующие методы для определения эксергии теп- лоты, и все они были признаны некорректными. Про- веденный анализ позволил выявить суть следующих ошибок, допущенных при их разработке: 1. Формальный перенос приемов эксергетического анализа, хорошо работающих при исследовании высо- котемпературных процессов, в область низкотемпера- турных процессов без учета особенностей их функцио- нирования. 2. Не учитывалось, что эксергия теплоты определя- ется не только ее собственной температурой, но и взаимодействием с окружающей средой. По этой причине все попытки применить эксергети- ческий метод для исследования установок, обеспечи- вающих микроклимат зданий различного назначения, низкотемпературного разделения газовых смесей, дру- гих низкотемпературных и криогенных процессов ока- зались неубедительными. Результаты этих исследова- ний не показали преимуществ использования эксерге- тического метода для анализа таких процессов. На основе анализа публикаций в отечественной и зарубежной литературе авторы статьи предложили но- вый метод определения эксергии теплоты для процес- сов, протекающих при любой температуре, в том числе и низкотемпературных. Для этого вводится понятие совокупной неравновесной изолированной системы, включающей исследуемую техническую систему и ок- ружающую среду. Процесс установления равновесия в такой системе зависит от соотношения температур ис- точника и приемника. Если температура рассматриваемой системы выше температуры окружающей среды, равновесие в сово- купной системе устанавливается за счет передачи теп- лоты от этой системы окружающей среде. Часть пере- даваемой теплоты при этом может быть преобразована в работу. При противоположном соотношении темпе- ратур равновесие в совокупной системе может быть установлено только за счет теплоты окружающей сре- ды. В этом случае окружающая среда выступает источ- ником теплоты, а техническая система становится ее приемником. Такое представление процессов, проис- ходящих в совокупной системе, позволяет правильно описать процесс установления в ней равновесия, одно- значно определить величины тепловых потоков и их эксергии, а значит, рассчитать энергетический и эксер- гетический балансы.