مقاله اگزرژی و بازدهی فرآیندها (ترمودینامیك)

مقاله اگزرژی و بازدهی فرآیندها (ترمودینامیك) در 9 صفحه ورد قابل ویرایش

مقاله اگزرژی و بازدهی فرآیندها (ترمودینامیك) در 9 صفحه ورد قابل ویرایش

مقدمه:

یكی از كاربردهای اساسی علم ترمودینامیك مطالعه بازدهی فرآیندها می باشد. در قدیم از دو روش استفاده از توازن انرژی درسیستم و محاسبه میزان كارایی مربوط به سیستم استفاده می شد. موازنه انرژی، با همه شكلهای انرژی به صورت یك معادله و دبون تمایز بین انواع مختلف انرژی سروكار داشت واطلاعاتی درباره تلفات داخلی به ما نمی داد. یك روش جدید ارزیابی سیستمها، روش اگزرژی می باشد كه براساس تئوری اگزرژی بوده و به عنوان معیار جهانی پتانسیل كار با كیفیت شكلهای مختلف انرژی درباره یك محیط معین می باشد. پل تمام اجزای یك ماشین حرارتی، توزیع بازگشت ناپذیری درمیان اجزای ماشین وسهم هر كدام دركاهش بازده كلی ماشین را نشان می دهد. برخلاف معیارهای سنتی، ایده بازگشت ناپذیری براساس دو قانون اصلی ترمودینامیك می باشد و توازن اگزرژی از قانون اول و دوم ترمودینامیك حاصل شده است. اگر چه قانون دوم به طور مستقیم در روش اگزرژی استفاده نشده است. ولی كاربرد آن درتحلیل فرایند ها، یك مفهوم علمی از قانون دوم را شرح می دهد. بنابراین مطالعه شكلهای مختلف بازگشت ناپذیری و تأثیر آنها روی عملكرد یك ماشین حرارتی، اطلاعات بیشتر و مفیدتری نسبت به مطالعه و نتایج قانون دوم به ما می دهد.

مفهوم اگزرژی

با درنظرگرفتن كیفیت متغیر شكلهای مختلف انرژیهای بسامان و نابسامان در تحلیل ماشینهای حرارتی، یك استاندارد جهانی از كیفیت مورد نیاز می باشد. طبیعی ترین و مناسب ترین استاندارد كارحداكثر می باشد كه می توان آنرا از شكل داده شده انرژی كه از پارامترهای محیطی به عنوان حالت مرجع استفاده می كند، بدست آورد. این استاندارد از كیفیت انرژی «اگزرژی» نامیده می شود.

اگزرژی مربوط به انتقال كار:

از آنجاییكه ما كار را معادل با شكلی از انرژی به عنوان میزانی از اگزرژی آن تعریف می كنیم، واضح است كه كار، معادل اگزرژی میباشد. بنابراین انتقال اگزرژی بوسیله مقدار و جهت انتقال كار مشخص می شود. و همان نماد w.w. برای آن استفاده می شود.

اگزرژی مربوط به انتقال حرارت:

اگزرژی انتقال حرارت درسطح كنترل را می توان از حداكثر كاری كه می تواند با استفاده از محیط به عنوان منبع انرژی حرارتی بدست آورد تعریف كرد.

برای نرخ انتقال حرارت Qr و دمای سطح كنترل Tr، درجاییكه انتقال حرارت رخ می‌دهد، حداكثر نرخ تبدیل انرژی حرارتی به كار، به صورت زیر می باشد:

(1)

r دمای اگزورژیكی بدون بعد نامیده می شود. اگزورژی مربوط به انتقال حرارت، جریان اگزورژی حرارتی نامیده می شود ودر تحلیل سیستمها بوسیله مشخص می شود.

راندمان نسبی:

درقدیم از نسبت تبدیل انرژی برای ارزیابی ماشینهای توان استفاده می شد كه شامل خروجی واقعی و خروجی ایده آل بود، مانند راندمان آیزنتروپیك، نسبت حرارتی و راندمان مكانیكی. درفرموله كردن این معیارها، همه شلكهای انرژی هم بها درنظر گرفته شده اند و نیازی به رجوع به قانون دوم نیست. پیشرفتهای اخیر در تحلیل اگزورژی اجازه تعریف معیار عملكرد جدید كه دارای مزیتهایی نسبت به معیارهای سنتی باشد را میدهد.