مقاله اگزرژي و بازدهي فرآيندها (ترموديناميك)

مقاله اگزرژي و بازدهي فرآيندها (ترموديناميك) در 9 صفحه ورد قابل ويرايش

مقدمه:

يكي از كاربردهاي اساسي علم ترموديناميك مطالعه بازدهي فرآيندها مي باشد. در قديم از دو روش استفاده از توازن انرژي درسيستم و محاسبه ميزان كارايي مربوط به سيستم استفاده مي شد. موازنه انرژي، با همه شكلهاي انرژي به صورت يك معادله و دبون تمايز بين انواع مختلف انرژي سروكار داشت واطلاعاتي درباره تلفات داخلي به ما نمي داد. يك روش جديد ارزيابي سيستمها، روش اگزرژي مي باشد كه براساس تئوري اگزرژي بوده و به عنوان معيار جهاني پتانسيل كار با كيفيت شكلهاي مختلف انرژي درباره يك محيط معين مي باشد. پل تمام اجزاي يك ماشين حرارتي، توزيع بازگشت ناپذيري درميان اجزاي ماشين وسهم هر كدام دركاهش بازده كلي ماشين را نشان مي دهد. برخلاف معيارهاي سنتي، ايده بازگشت ناپذيري براساس دو قانون اصلي ترموديناميك مي باشد و توازن اگزرژي از قانون اول و دوم ترموديناميك حاصل شده است. اگر چه قانون دوم به طور مستقيم در روش اگزرژي استفاده نشده است. ولي كاربرد آن درتحليل فرايند ها، يك مفهوم علمي از قانون دوم را شرح مي دهد. بنابراين مطالعه شكلهاي مختلف بازگشت ناپذيري و تأثير آنها روي عملكرد يك ماشين حرارتي، اطلاعات بيشتر و مفيدتري نسبت به مطالعه و نتايج قانون دوم به ما مي دهد.


مفهوم اگزرژي

با درنظرگرفتن كيفيت متغير شكلهاي مختلف انرژيهاي بسامان و نابسامان در تحليل ماشينهاي حرارتي، يك استاندارد جهاني از كيفيت مورد نياز مي باشد. طبيعي ترين و مناسب ترين استاندارد كارحداكثر مي باشد كه مي توان آنرا از شكل داده شده انرژي كه از پارامترهاي محيطي به عنوان حالت مرجع استفاده مي كند، بدست آورد. اين استاندارد از كيفيت انرژي «اگزرژي» ناميده مي شود.

اگزرژي مربوط به انتقال كار:

از آنجاييكه ما كار را معادل با شكلي از انرژي به عنوان ميزاني از اگزرژي آن تعريف مي كنيم، واضح است كه كار، معادل اگزرژي ميباشد. بنابراين انتقال اگزرژي بوسيله مقدار و جهت انتقال كار مشخص مي شود. و همان نماد w.w. براي آن استفاده مي شود.

اگزرژي مربوط به انتقال حرارت:

اگزرژي انتقال حرارت درسطح كنترل را مي توان از حداكثر كاري كه مي تواند با استفاده از محيط به عنوان منبع انرژي حرارتي بدست آورد تعريف كرد.

براي نرخ انتقال حرارت Qr و دماي سطح كنترل Tr، درجاييكه انتقال حرارت رخ مي‌دهد، حداكثر نرخ تبديل انرژي حرارتي به كار، به صورت زير مي باشد:

(1)



r دماي اگزورژيكي بدون بعد ناميده مي شود. اگزورژي مربوط به انتقال حرارت، جريان اگزورژي حرارتي ناميده مي شود ودر تحليل سيستمها بوسيله مشخص مي شود.

راندمان نسبي:

درقديم از نسبت تبديل انرژي براي ارزيابي ماشينهاي توان استفاده مي شد كه شامل خروجي واقعي و خروجي ايده آل بود، مانند راندمان آيزنتروپيك، نسبت حرارتي و راندمان مكانيكي. درفرموله كردن اين معيارها، همه شلكهاي انرژي هم بها درنظر گرفته شده اند و نيازي به رجوع به قانون دوم نيست. پيشرفتهاي اخير در تحليل اگزورژي اجازه تعريف معيار عملكرد جديد كه داراي مزيتهايي نسبت به معيارهاي سنتي باشد را ميدهد.