엑서지 (Exergy)

엑서지

- 가역과정을 거쳐 일을 할 수 있는 가능성을 나타내며 '잠재일', '가용일'이라고도 함.

- 다른 독립 상태량과는 달리 계와 그 주변환경에 따라 변하는 조합상태량. 

<역학적 엑서지>   Thermo-Mechanical Exergy

가. 엑서지의 이동 (밀폐계)

    1. 운동에너지

        

   모두 일로 변환 가능

    2. 위치에너지

        

      모두 일로 변환 가능




    ※. 내부에너지

        현열E, 잠열E, 화학E, 원자핵E 등

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경계일과 열에 대한 엑서지를 설명하기위한 그림

    주어진 상태에서 사장(환경)상태까지 가역과정을 통해 발생된 유용일이 
    초기상태 계의 엑서지임.

        

       

        
        Q : 계에서 나가는 열량
        W : 계에서 나가는 일량
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    3. 경계일 Wb

        

        - 계가 일을 하든 일을 받든 적색의 변화량 만큼 엑서지가 감소 또는 증가.
        - Po 하에서 일은 유효하지 않음.
        - 일반적으로 Po 는 1 [atm]


    4. 열

        

    
        - 온도차 하에서 카르노 사이클을 통한 일이 엑서지 변화량
        - Q가 계에서 나가는 방향이므로, -dQ/T = dS
        - WHE 는 T->To가 될 때 발생하는 최대일 or To ->T 가 되기위한 최소일
        - T>To 일 때, 계 주위에 일을 해 줄 수 있으므로 엑서지 > 0
        - T<To 일 때, 계가 주위로부터 일을 발생시켜 일을 얻을 수 있으므로 엑서지 >0


    5. 종합 (에너지 평형식에서)

        

        따라서

        역학적 엑서지 (밀폐계) (nonflow exergy)

    

        -> 단위 질량당

    

        - 밀폐계의 엑서지는 양이거나 영

        - T<To, P<Po 일지라도 유용일이 발생할 수 있음

    6. 계의 상태량이 일정하지 않을 때

    

나. 엑서지의 이동 (개방계)

    1. 유동일

    

        - 유동일 : 유동을 유지하기 위해 요구되는 에너지 W(flow) = Pv    

        - 유동일 : 근본적으로 유체가 하류유동에 행하는 경계일             

        - 유동일의 엑서지 = 경계일의 엑서지

        따라서 

        역학적 엑서지 (개방계) (flow exergy)

    

    

    

        - 일이 음수인 경우, 투입해야 하는 일이 최소 유용일

        - 수행되는 과정의 형태, 사용된 계의 종류, 주위와 에너지 교류의 특성과 무관

        - 유체의 엑서지는 환경압력 이하의 압력에서 음의 값이 될 수 있음

    ※. 엑서지 간의 관계

    

다. 엑서지 효율 (열역학 2법칙 효율)

※. 엑서지 적용

    1. 밀폐계

    

    2. 개방계

    

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