Вопрос: При каких условиях эксергетический КПД теплообменника равен 100%?
Выберите один ответ:
- В теплообменнике с непосредственным контактом теплоносителей
- При отсутствии тепловых и гидравлических потерь
- При отсутствии тепловых потерь
- Эксергетический КПД всегда меньше 100%
- При отсутствии гидравлических потерь
Решение:
Эксергетический КПД (коэффициент полезного действия) — это мера эффективности термодинамического процесса или устройства, которая показывает, насколько полно используется доступная эксергия (полезная работа). Он определяется как отношение фактически полученной эксергии к максимально возможной эксергии, которая могла бы быть получена.
Эксергетический КПД теплообменника равен 100% только в идеальном, обратимом процессе. В реальных теплообменниках всегда присутствуют необратимые потери, которые снижают эксергетический КПД. Эти потери включают:
- Потери теплообмена при конечной разности температур: Для передачи теплоты необходима разность температур между теплоносителями. Чем больше эта разность, тем больше необратимость процесса и потери эксергии. Идеальный теплообмен (без потерь эксергии) возможен только при бесконечно малой разности температур, что нереализуемо.
- Гидравлические потери (потери на трение): При движении теплоносителей по каналам теплообменника возникают потери давления из-за трения. Эти потери требуют затрат энергии и являются необратимыми, что приводит к снижению эксергетического КПД.
- Потери теплоты в окружающую среду: Любой реальный теплообменник имеет тепловые потери в окружающую среду, даже если он хорошо изолирован. Эти потери также являются необратимыми и уменьшают эксергию.
Поскольку все эти необратимые процессы всегда присутствуют в реальных теплообменниках, эксергетический КПД реального теплообменника всегда будет меньше 100%.
Рассмотрим предложенные варианты:
- Вариант 1: "В теплообменнике с непосредственным контактом теплоносителей" – тип теплообменника не гарантирует 100% КПД, необратимости всё равно будут.
- Вариант 2: "При отсутствии тепловых и гидравлических потерь" – даже при отсутствии этих потерь, потери эксергии из-за конечной разности температур всё равно будут присутствовать, если только разность температур не равна нулю, что невозможно для теплообмена.
- Вариант 3: "При отсутствии тепловых потерь" – неполное условие, гидравлические потери и потери из-за конечной разности температур всё равно будут.
- Вариант 4: "Эксергетический КПД всегда меньше 100%" – это верное утверждение для реальных теплообменников, так как в них всегда присутствуют необратимые процессы.
- Вариант 5: "При отсутствии гидравлических потерь" – неполное условие, тепловые потери и потери из-за конечной разности температур всё равно будут.
Правильный ответ: 4