Аналітична термодинаміка

При виробничому процесі на промислових підприємствах для розробки і запровадження певної технології обробки необхідно дотримуватися певних правил поведінки в науковому і дослідницькому плані. Певне коло аналітичних досліджень необхідний для об’єктів транспортної інфраструктури, підприємств і комплексу житлово-комунального господарства. Тому проводяться різні заходи по дослідженню термодинамічних властивостей і процесів.

У процесі розвиток виробництв неминуче постає питання про розширення енергетичних потужностей. Для цього необхідно мати чітко сформульований план дій, заснований на практичному використанні енергозберігаючих технологій. Сьогодні фахівці нероздільно пов’язують подібну діяльність з проведенням термодинамічної аналізу. В даний час раціональна розробка теплових схем отримала назву енергетики теплотехнологій. Для її розвитку необхідно проведення аналітичних досліджень різних термодинамічних процесів.

Основні методи аналізу термодинамічних систем

Високі витрати на технології особливих типів виробництв спровокував попит на суворі наукові термодинамічні обґрунтування тих чи інших технологій і методів виробництва. Наприклад, сьогодні гостро стоїть питання про витрату енергії у формі тепла при процесі випарювання целюлози. Для оптимізації підведення енергії в формі пара від найближчої електростанції почали формуватися нові методи теплових балансів.

Основними методами аналізу термодинамічних процесів є:

  • метод теплових балансів;
  • ексергетичний метод аналізу;
  • ентропійний метод аналізу.

Метод теплових балансів

Метод теплових балансів характеризується застосуванням в технічних системах. В умовах прикладної термодинаміки він займає одну з лідируючих позицій і спрямований на вивчення методів аналізу енергетичних перетворень. Він став найпоширенішим методом аналізу. Метод теплових балансів розрахований і заснований на застосуванні першого закону термодинаміки. Проте, подібний термодинамічний закон не здатний дати загальної відповіді про ступінь термодинамічної досконалості у вигляді окремого елемента і всієї енерготехнологічної системи загалом. Це виходить з того, що перший закон термодинаміки є окремим випадком закону збереження енергії і маси.

При складанні розрахунків за таким методом необхідно пам’ятати, що йде складання теплових або енергетичних балансів. На їх підставі буде визначено показник роботи технологічних теплових установок, в тому числі види термічних двигунів з натуральним ККД для теплових і холодильних установок. Теплові ККД складаються для різноманітних теплонасосних установок та іншого корисного устаткування на виробництвах. Це необхідно для досягнення сприятливого та ефективного способу вибору технології.

Подібний метод виступає в ролі абсолютної ступеня досконалості виробничого процесу і всієї технологічної системи. Для цього вводиться поняття величини підведення енергії від зовнішнього джерела. З таким підходом до проблеми все теплові потоки виходять з системи відводяться в навколишнє середовище. Тому вони не беруть участі в руйнівних процесах теплопередачі і не здійснюють корисної роботи. Теплові та термічні ККД виступають в ролі відносної міри термодинамічної досконалості.

Ексергетичний метод аналізу

При ексергетичному методі аналізу в термодинамічних процесах враховується другий закон термодинаміки. Подібний метод грунтується на понятті термодинамічних потенціалів. Це означає, що в будь-який даній системі вибрані термодинамічні потенціали повністю визначають працездатність потоків енергії і речовини.

При розгляді основ подібного методу для аналізу має значення довкілля, яка взаємодіє з технічною частиною всієї системи. Відомо, що реальні зміни технічних процесів можуть здійснюватися тільки в сукупності з навколишнім середовищем об’єкта вивчення. Параметри навколишнього середовища не лежать у великій залежності від параметрів системи, яка підлягає всебічному розгляду. Тому вони можуть вважатися постійними величинами.

Як приклади навколишнього середовища виступає атмосфера, морська вода, а також космічний простір. У цій системі, що вивчається в якості загальної міри руху матерії вводиться поняття енергії, однак його виявляється недостатньо для повноцінного складання аналітичного дослідження термодинамічних процесів, а також ефективного вирішення різних математичних і технічних завдань. В цілому подібний метод досить придатний в практичному застосуванні, однак технічна цінність енергії може залежати від власних форм і параметрів.

Ентропійний метод аналізу

Щоб перейти до Ентропійний методу аналізу необхідно усвідомити, що кожен теплової реальний процес в термодинаміці характеризується зростанням ентропії всієї системи. Це ж має на увазі другий закон термодинаміки. З цього випливає, що в системі процес збільшення ентропії являє собою загальний абсолютний критерій, під яким мається на увазі термодинамічне досконалість теплового процесу. Він характеризується сумою збільшення ентропії в локальному тепловому елементі. Це поняття пов’язане з пропорційністю перевитрати хімічної енергії палива чи іншої підведеної енергії до досліджуваного об’єкта. При аналізі такого термодинамічної методу формулюється задача у визначенні перевитрати палива.

Також для аналітичної термодинаміки характерно використання деяких інших методів:

  • метод збільшення ексергією;
  • побудова ексергетичної діаграм за методом збільшень ексергетичної теплових потоків;
  • обчислення ексергетичного коефіцієнта теплопередачі.
Посилання на основну публікацію