اگزرژی و بازدهی فرآیندها (ترمودینامیک)

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 9

مقدمه:

یکی از کاربردهای اساسی علم ترمودینامیک مطالعه بازدهی فرآیندها می باشد. در قدیم از دو روش استفاده از توازن انرژی درسیستم و محاسبه میزان کارایی مربوط به سیستم استفاده می شد. موازنه انرژی، با همه شکلهای انرژی به صورت یک معادله و دبون تمایز بین انواع مختلف انرژی سروکار داشت واطلاعاتی درباره تلفات داخلی به ما نمی داد. یک روش جدید ارزیابی سیستمها، روش اگزرژی می باشد که براساس تئوری اگزرژی بوده و به عنوان معیار جهانی پتانسیل کار با کیفیت شکلهای مختلف انرژی درباره یک محیط معین می باشد. پل تمام اجزای یک ماشین حرارتی، توزیع بازگشت ناپذیری درمیان اجزای ماشین وسهم هر کدام درکاهش بازده کلی ماشین را نشان می دهد. برخلاف معیارهای سنتی، ایده بازگشت ناپذیری براساس دو قانون اصلی ترمودینامیک می باشد و توازن اگزرژی از قانون اول و دوم ترمودینامیک حاصل شده است. اگر چه قانون دوم به طور مستقیم در روش اگزرژی استفاده نشده است. ولی کاربرد آن درتحلیل فرایند ها، یک مفهوم علمی از قانون دوم را شرح می دهد. بنابراین مطالعه شکلهای مختلف بازگشت ناپذیری و تأثیر آنها روی عملکرد یک ماشین حرارتی، اطلاعات بیشتر و مفیدتری نسبت به مطالعه و نتایج قانون دوم به ما می دهد.

مفهوم اگزرژی

با درنظرگرفتن کیفیت متغیر شکلهای مختلف انرژیهای بسامان و نابسامان در تحلیل ماشینهای حرارتی، یک استاندارد جهانی از کیفیت مورد نیاز می باشد. طبیعی ترین و مناسب ترین استاندارد کارحداکثر می باشد که می توان آنرا از شکل داده شده انرژی که از پارامترهای محیطی به عنوان حالت مرجع استفاده می کند، بدست آورد. این استاندارد از کیفیت انرژی «اگزرژی» نامیده می شود.

اگزرژی مربوط به انتقال کار:

از آنجاییکه ما کار را معادل با شکلی از انرژی به عنوان میزانی از اگزرژی آن تعریف می کنیم، واضح است که کار، معادل اگزرژی میباشد. بنابراین انتقال اگزرژی بوسیله مقدار و جهت انتقال کار مشخص می شود. و همان نماد w.w. برای آن استفاده می شود.

اگزرژی مربوط به انتقال حرارت:

اگزرژی انتقال حرارت درسطح کنترل را می توان از حداکثر کاری که می تواند با استفاده از محیط به عنوان منبع انرژی حرارتی بدست آورد تعریف کرد.

برای نرخ انتقال حرارت Qr و دمای سطح کنترل Tr، درجاییکه انتقال حرارت رخ می‌دهد، حداکثر نرخ تبدیل انرژی حرارتی به کار، به صورت زیر می باشد:

(1)

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

رابطه گای استادالا برای حجم کنترل:

برای محاسبه بازگشت ناپذیری یک فرایند می تواند از رابطه زیر که به رابطه گای استادالا معروف است، استفاده کرد:

(2)

توازن اگزورژی برای حجم کنترل:

معادله توازن اگزورژی برای حجم کنترل به صورت زیر می باشد:

(3)

که رابطه گزرژی ویژه به صورت زیر می باشد:

(4)

راندمان نسبی:

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

راندمان نسبی که نسبت اگزرژی خروجی به اگزرژی ورودی می باشد به عنوان معیاری از میزان عملکرد حرارتی یک فرآیند مورد استفاده قرار میگیرد که به صورت زیر نمایش داده می شود.

(5)

(6)

بررسی توربین:

یک دیاگرام ساده از یک توربین در شکل 1 نشان داده شده است. هدف یک فرایند انبساط تحول توان با استفاده از کاهش اگزرژی می باشد و اغلب این فرایند در دماهای بالاتر از دمای محیط انجام می شود.