При производственном процессе на промышленных предприятиях для разработки и введения определенной технологии обработки необходимо придерживаться определенных правил поведения в научном и исследовательском плане. Определенный круг аналитических исследований необходим для объектов транспортной инфраструктуры, предприятий и комплекса жилищно-коммунального хозяйства. Поэтому проводятся различные мероприятия по исследованию термодинамических свойств и процессов.
Рисунок 1. Аналитическое выражение первого начала термодинамики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В процессе развитие производств неизбежно встает вопрос о расширении энергетических мощностей. Для этого необходимо иметь четко сформулированный план действий, основанный на практическом использовании энергосберегающих технологий. Сегодня специалисты нераздельно связывают подобную деятельность с проведением термодинамического анализа. В настоящее время рациональная разработка тепловых схем получила название энергетики теплотехнологий. Для ее развития необходимо проведение аналитических исследований различных термодинамических процессов.
Основные методы анализа термодинамических систем
Рисунок 2. Эксергетический метод анализа. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Высокие затраты на технологии особых типов производств спровоцировал спрос на строгие научные термодинамические обоснования тех или иных технологий и методов производства. Например, сегодня остро стоит вопрос о затрате энергии в форме тепла при процессе выпаривания целлюлозы. Для оптимизации подвода энергии в форме пара от ближайшей электростанции начали формироваться новые методы тепловых балансов.
Основными методами анализа термодинамических процессов являются:
- метод тепловых балансов;
- эксергетический метод анализа;
- энтропийный метод анализа.
Метод тепловых балансов
Рисунок 3. Расчет теплового баланса. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Метод тепловых балансов характеризуется применением в технических системах. В условиях прикладной термодинамики он занимает одну из лидирующих позиций и направлен на изучение методов анализа энергетических превращений. Он стал самым распространенным методом анализа. Метод тепловых балансов рассчитан и основан на применении первого закона термодинамики. Тем не менее, подобный термодинамический закон не способен дать общего ответа о степени термодинамического совершенства в виде отдельного элемента и всей энерготехнологической системы в общем. Это исходит из того, что первый закон термодинамики является частным случаем закона сохранения энергии и массы.
При составлении расчетов по такому методу необходимо помнить, что идет составление тепловых или энергетических балансов. На их основании будет определен показатель работы технологических тепловых установок, в том числе виды термических двигателей с натуральным КПД для тепловых и холодильных установок. Тепловые КПД составляются для разнообразных теплонасосных установок и иного полезного оборудования на производствах. Это необходимо для достижения благоприятного и эффективного способа выбора технологии.
Подобный метод выступает в роли абсолютной степени совершенства производственного процесса и всей технологической системы. Для этого вводится понятие величины подвода энергии от внешнего источника. С таким подходом к проблеме все тепловые потоки выходят из системы отводятся в окружающую среду. Поэтому они не участвуют в разрушительных процессах теплопередачи и не совершают полезной работы. Тепловые и термические КПД выступают в роли относительной меры термодинамического совершенства.
Эксергетический метод анализа
Рисунок 4. Эксергетический баланс. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При эксергетическом методе анализа в термодинамических процессах учитывается второй закон термодинамики. Подобный метод основывается на понятии термодинамических потенциалов. Это означает, что в любой рассматриваемой системе выбранные термодинамические потенциалы полностью определяют работоспособность потоков энергии и вещества.
При рассмотрении основ подобного метода для анализа имеет значение окружающая среда, которая взаимодействует с технической частью всей системы. Известно, что реальные изменения технических процессов могут осуществляться только в совокупности с окружающей средой объекта изучения. Параметры окружающей среды не лежат в большой зависимости от параметров системы, которая подлежит всестороннему рассмотрению. Поэтому они могут считаться постоянными величинами.
В качестве примеров окружающей среды выступает атмосфера, морская вода, а также космическое пространство. В этой изучаемой системе в качестве общей меры движения материи вводится понятие энергии, однако его оказывается недостаточно для полноценного составления аналитического исследования термодинамических процессов, а также эффективного решения различных математических и технических задач. В целом подобный метод довольно пригоден в практическом применении, однако техническая ценность энергии может зависеть от собственных форм и параметров.
Энтропийный метод анализа
Чтобы перейти к энтропийному методу анализа необходимо уяснить, что каждый тепловой реальный процесс в термодинамике характеризуется ростом энтропии всей системы. Это же подразумевает второй закон термодинамики. Из этого следует, что в системе процесс приращения энтропии представляет собой общий абсолютный критерий, под которым подразумевается термодинамическое совершенство теплового процесса. Он характеризуется суммой приращения энтропии в локальном тепловом элементе. Это понятие связано с пропорциональностью перерасхода химической энергии топлива или иной подведенной энергии к изучаемому объекту. При анализе такого термодинамического метода формулируется задача в определении перерасхода топлива.
Также для аналитической термодинамики характерно использования некоторых иных методов:
- метод приращения эксергий;
- построение эксергетических диаграмм по методу приращений эксергетических тепловых потоков;
- вычисление эксергетического коэффициента теплопередачи.
