Как отмечалось выше, эксергия вещества в замкнутом объеме характеризуется максимальным количеством механической энергии (работы), которая может быть получена при взаимодействии вещества с окружающей средой при наличии разницы потенциалов теплового ДТ или механического Др взаимодействия. Взаимодействие между рассматриваемым веществом и окружающей средой может происходить только в форме работы (механического взаимодействия). Именно такой случай имеет место в ДВС в процессе расширения газов после того, как закончилось сгорание топлива.
Определим, какая полезная работа может быть получена при каждом из этих видов взаимодействий (рис. 8.34).
При обратимом преобразовании тепловой энергии в механическую с помощью вспомогательной системы от вещества на каждом элементарном участке процесса может быть получена энергия в механической форме
SW" = SQ(I-^). (8.128)
При изменении объема системой будет выполняться работа непосредственно. Обозначим эту работу через SW. Однако, в отличие от SWНе вся энергия 6W может быть передана внешнему объекту, находящемуся в окружающей среде. Часть ее (SWm) будет затрачена на преодоление сопротивления окружающей среды с давлением pQ, поэтому полезно может быть использована только часть 8W‘ работы SW, равная 6W — SW"’, т. е.
6W‘ = 6W-p0dV. (8.129)
Таким образом, общее количество механической энергии (работы), отдаваемой системой внешнему объекту (эксергия вещества в объеме Exv) Составит
DExv = SW’ + SW" = 5Q(I-y)+5w~ PodV. (8.130)
|
Термодинамическая
|
|
Окружающая |
||
|
Среда |
■ „ . |
|
Рис. 8.34. К определению эксергии рабочего тела в замкнутом объеме |
По первому закону термодинамики величины SQ и SW связаны с внутренней энергией соотношением DU = 6Q — SW или SQ = DU + SW,
А величина SQ/T для обратимых процессов равна DS. Подставляя эти соотношения в уравнение (8.130), получим
DExv = dU-T-dS + pQdV. (8.131)
Отсюда следует, что для процесса, завершающегося выравниванием соответствующих параметров вещества и окружающей среды, справедливо выражение
Exv = (U — U0) — Г0(5 — S0) +p0(V — V0). (8.132)
При расчетах, связанных с определением разности величин Еху в двух состояниях вещества (т. е. в результате совершения процесса 1-2)
AExv = AU — Г0Д5 + р0ДК (8.133)