Анализ необратимых циклов с помощью системы коэффициентов полезного действия

Реальные процессы сжатия и расширения сопровождаются необратимыми потерями, учитываемыми внутренним относительным КПД Г|₀₍— (см. подпараграф 5.3.1) машины, в которой совершается процесс: при расширении (в турбине, дизеле).

где /_р — удельная работа расширения в реальном (необратимом) процессе; /_ор — удельная работа расширения в обратимом процессе; при сжатии (в компрессоре, дизеле).

где /_сж — удельная работа сжатия в реальном (необратимом) процессе; /_осж — удельная работа сжатия в обратимом процессе.

Из формул (6.9) и (6.10) находим.

Потери уменьшают работу расширения и увеличивают работу сжатия. В результате действительная работа цикла существенно снижается:

После соответствующих подстановок получим выражение для внутреннего абсолютного КПД цикла.

Эффективный (абсолютный) КПД установки помимо потерь, учитываемых внутренним абсолютным КПД цикла, включает в себя механические потери введением механического КПД Г|_мех и другие потери в элементах и устройствах установки, не связанных с совершением цикла (в котельном агрегате, камере сгорания, редукторе, электрогенераторе и т. п.), через их эффективные КПД:

где П" — произведение КПД, учитывающих упомянутые потери.

Эффективный КПД г_е показывает долю теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива, которая превращается в полезную работу, отдаваемую потребителю (например, электрогенератору или гребному винту):

Неиспользованная доля удельной теплоты состоит из действительной удельной теплоты |д_2д|, отводимой в цикле с учетом его необратимости, и потерь удельной теплоты ?/_пот, не связанных с совершением цикла, но неизбежных в реальной установке:

Очевидно, что.

Эта потеря также рассеивается в окружающей среде.

Анализ теплоэнергетической установки с помощью системы коэффициентов полезного действия основан на законе сохранения и превращения энергии, т. е. на первом начале термодинамики. Он не учитывает, что теплота и работа не равноценны и что теплота различного потенциала имеет различную ценность.

Вследствие этого рассмотренный метод анализа хотя и дает вполне надежную оценку эффективности теплоэнергетической установки, но не использует всех возможностей термодинамического аппарата. Он не позволяет обнаружить основные очаги необратимости, т. е. те процессы, которые должны привлекать наше особое внимание в целях повышения эффективности установки.

Этого недостатка лишены эксергетический и энтропийный методы, основанные на обоих началах термодинамики.