T. Gundersen

TEP 4120 Termodynam

ikk 1

Exergy Light

Eksergi 01

An Introduction to

The Concept of Exergy and Energy Quality

by

Truls Gundersen

Department of Energy and Process Engineering Norwegian University of Science and Technology

Trondheim, Norway

Version 4 - Mars 2010 - 26 pages

T. Gundersen

TEP 4120 Termodynam

ikk 1

Exergy Light

Eksergi 02

Definisjon av Eksergi (Ref.: J. Szargut, Energy, vol. 5, no. 8-9, pp. 709-718, 1980)

, , , , ,

p v T xu h s

System Omgivelser 0

0

0

1 atm 1 bar25 C 298 K

difficult ....

pTx

== °=

;;

”Exergy is the (maximum - TG) amount of work obtainable when some matter is brought to a state of thermodynamic equilibrium with the common components of its surrounding nature by means of reversible processes, involving interaction only with the above mentioned components of nature”

T. Gundersen

TEP 4120 Termodynam

ikk 1

Exergy Light

Eksergi 03

Klassifisering av Eksergi (Ref.: T.J. Kotas, The Exergy Method of Thermal Plant Analysis, 1995)

Termomekanisk Eksergi kan dekomponeres i Temperatur basert og Trykk basert Eksergi

ex(tm) = (h – ho) – To (s – s0) = ex

(T) + ex(p)

Exergy

Physical Chemical

Mechanical Thermo-

mechanical

Kinetic Potential Temperature based

Pressure based

Mixing & Separation

Chemical Reaction

0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1

-125 -75 -25 25 75 125 175 225 275 325 375 425

ηC

T0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1

-125 -75 -25 25 75 125 175 225 275 325 375 425

ηC

T

T. Gundersen

TEP 4120 Termodynam

ikk 1

Exergy Light

Eksergi 04

Carnot-faktor s.f.a. T(ºC)

0 1xTE QT

⎛ ⎞= ⋅ −⎜ ⎟⎝ ⎠0 1xTE QT

⎛ ⎞= ⋅ −⎜ ⎟⎝ ⎠T0 = 25ºC

T. Gundersen

TEP 4120 Termodynam

ikk 1

Exergy Light

Eksergi 05

Temperatur og Trykk basert Eksergi

ambient

Exp W = m ⋅(Δe( p) + Δe(T ) )

Exp W = m ⋅(Δe( p) − Δe(T ) )

(T)0

01 lnp

Te C T TT

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

= − + (P)0 0

0 0

1ln lnpP k Pe T R C TP k P

−= =

Her: Uten Fortegns-

Konvensjon

Ex-11

T. Gundersen

TEP 4120 Termodynam

ikk 1

Exergy Light

Eksergi 06

Termodynamisk (Isentropisk) Virkninsgrad

T W

1 1,p T

2 2,p T

C W

2 2,p T

1 1,p T

T. Gundersen

TEP 4120 Termodynam

ikk 1

Exergy Light

Eksergi 07

Energivirkningsgrad (som COP) vs. Termodynamisk Virkningsgrad

COPactual =

QCWcycle

= 80003200

= 2.5

268 9.926295 268

Cideal

H C

TCOPT T

= = =− −

2.5 25.2%9.926

actualTD

ideal

COPCOP

η =

= =

Ex-12

T. Gundersen

TEP 4120 Termodynam

ikk 1

Exergy Light

Eksergi 08

Eksergivirkningsgrad

Prosess eller Utstyrskomponent

Eksergi Eksergi

Material og Energi-

Strømmer

Material og Energi-

Strømmer

ExTotal eller Nyttbar Eksergi Ut

Total Eksergi Innη =

T. Gundersen

TEP 4120 Termodynam

ikk 1

Exergy Light

Eksergi 09

Panelovn og Virkningsgrader

Ex-13

Wel

Qin

Qout

20 CinT = °

5 CoutT= °

Omgivelsestemperatur (referanse for Eksergi):

Merk at Tout < T0 0 25 C 298 KT = ° ≅

T. Gundersen

TEP 4120 Termodynam

ikk 1

Exergy Light

Eksergi 10

Eksergitap ved Varmeoverføring

Ex = Wmax = Q ⋅ 1−

T0

T⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

?? ( varierer)xE T=

Ex-14

T. Gundersen

TEP 4120 Termodynam

ikk 1

Exergy Light

Eksergi 11

Eksergilikninger − ikke Pensum, men ...

•  Eksergibalanse for Lukket System

•  Spesifikk Strømningseksergi

•  Dynamisk Eksergibalanse for Åpent System

[ ]2

0,2 ,1 0 2 1 0

1

1 ( ) x xb

TE E Q W p V V TT

δ σ⎛ ⎞

− = − − − ⋅ − − ⋅⎜ ⎟⎝ ⎠∫

Eksergi- endring Eksergi-overføring Eksergi-

destruksjon

2

, 0 0 0V( ) ( )2x fe h h T s s g z= − − ⋅ − + + ⋅

dEx ,cv

dt= 1−

T0

Tj

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟ ⋅ Qj − Wcv − p0 ⋅

dVcv

dt⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

j∑ + mi ⋅ex , fi − me ⋅ex , fe

e∑

i∑ − Ex ,d

T. Gundersen

TEP 4120 Termodynam

ikk 1

Eksergianalyse av Dampkraftanlegg

Exergy Light

Eksergi 12

Ex-15

T. Gundersen

TEP 4120 Termodynam

ikk 1

Eksergitap i motstrøms Varmeveksler

Ex-9

Opplysninger:

Strømmer tilnærmes luft med ideell gass oppførsel

Massestrømmen er 90 kg/s for alle strømmer (neglisjerer brenselet)

Finn: (a) Utløpstemperatur T4, (b) Endring i Strømnings-eksergi for hver strøm, (c) Eksergitap i Varmeveksler

Exergy Light

Eksergi 13