اگزرژی Exergy

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 626

سپاس: 391

جنسیت:

تماس:

اگزرژی Exergy

پست توسط rohamjpl »

ترمودینامیک ، اگزرژی سیستم حداکثر کار مفید ممکن در طی فرآیندی است که سیستم را با مخزن گرمایی به تعادل می رساند و به حداکثر آنتروپی می رسد. وقتی محیط مخزن باشد ، اگزرژی پتانسیل یک سیستم است که می تواند با رسیدن به تعادل با محیط خود ، تغییر ایجاد کند. اکسرژی انرژی است که برای استفاده در دسترس است. بعد از اینکه سیستم و محیط به تعادل رسید ، زوال صفر است. تعیین اکسرژی نیز اولین هدف ترمودینامیک بود. ،
اکسرژی خاصیتی است که به وضعیت محیط و همچنین وضعیت سیستم بستگی دارد. فقط اگزرژی حرارتی - مکانیکی ، که هرگونه اختلاط و واکنش شیمیایی را نادیده می گیرد ،$Φ = (u - u0) + P(v - v0) - T0(s - s0) + V2/2 + gz
= (e - e0) + P(v - v0) - T0(s - s0)$سیستم بسته دارای جرم ثابت است. کل انرژی یک سیستم بسته ساده و قابل فشردگی ، مجموع انرژی های داخلی ، جنبشی و پتانسیل آن است. بنابراین ، عیاشی چنین سیستمی ، مجموع افراط در انرژی های درونی ، جنبشی و بالقوه آن است.
انرژی طی فرآیندی نه ایجاد می شود و نه از بین می رود. انرژی از شکلی به شکل دیگر تغییر می کند (نگاه کنید به اولین قانون ترمودینامیک). در مقابل ، اگزرژی همیشه وقتی فرآیندی برگشت ناپذیر باشد ، از بین می رود ، مثلاً از دست دادن گرما به محیط زیست (به قانون دوم ترمودینامیک مراجعه کنید). این تخریب متناسب با افزایش آنتروپی سیستم همراه با محیط اطراف آن است (نگاه کنید به تولید آنتروپی). اگزرژی تخریب شده آنرژی نامیده شده است. برای یک فرآیند ایزنتروپیک ، انرژی زایی و انرژی عبارات قابل تعویض هستند و هیچ انرژی وجود ندارد.کارایی اکسرژی (همچنین به عنوان کارایی قانون دوم یا کارایی منطقی نیز شناخته می شود) اثر بخشی یک سیستم را نسبت به عملکرد آن در شرایط برگشت پذیر محاسبه می کند. به عنوان نسبت بازده حرارتی یک سیستم واقعی در مقایسه با یک نسخه ایده آل یا برگشت پذیر از سیستم برای موتورهای گرما تعریف می شود. همچنین می توان آن را به عنوان نسبت خروجی کار مفید سیستم به خروجی کار برگشت پذیر برای سیستم های کاربر توصیف کرد.${\displaystyle B_{in}=B_{out}+B_{lost}+B_{destroyed}\qquad {\mbox{(1)}}} B_{in}=B_{out}+B_{lost}+B_{destroyed} \qquad \mbox{(1)} $اکسرژی ویژگی ترکیبی یک سیستم و محیط آن است زیرا هم به وضعیت سیستم و هم به محیط بستگی دارد. عادت یک سیستم در تعادل با محیط صفر است. اکسرژی نه یک ویژگی ترمودینامیکی ماده است و نه یک پتانسیل ترمودینامیکی یک سیستم. اکسرژی و انرژی هر دو واحد ژول دارند. انرژی داخلی یک سیستم همیشه از یک حالت مرجع ثابت اندازه گیری می شود و بنابراین همیشه یک تابع حالت است. برخی از نویسندگان تعبیر سیستم را می گویند که وقتی محیط تغییر می کند تغییر کند ، در این صورت این یک تابع حالت نیست. دیگر نویسندگان ترجیح می دهند تعریف کمی متناوب از انرژی موجود یا اگزرژی سیستمی است که در آن محیط کاملاً تعریف شده باشد ، به عنوان یک حالت مرجع مطلق تغییرناپذیر ، و در این تعریف جایگزین خاصیت حالت سیستم به تنهایی تبدیل می شود .
با این حال ، از نظر نظری ، اکسرژی ممکن است بدون اشاره به هیچ محیطی تعریف شود. اگر خصوصیات فشرده عناصر مختلف متناسب با یک سیستم متفاوت باشد ، همیشه امکان استخراج مکانیکی از سیستم وجود دارد.
اصطلاح اکسرژی نیز با قیاس با تعریف فیزیکی آن ، در نظریه اطلاعات مربوط به محاسبات برگشت پذیر استفاده می شود. اکسرژی همچنین مترادف با: انرژی موجود ، انرژی اکسرژیک ، اسرژی (باستانشناسی در نظر گرفته شده) ، انرژی قابل استفاده ، کار مفید موجود ، حداکثر (یا حداقل) کار ، حداکثر (یا حداقل) محتوای کار ، کار برگشت پذیر و کار ایده آل است.
تخریب اگزرژی یک چرخه مجموع تخریب اگزرژی در فرآیندهای تشکیل دهنده آن چرخه است. با در نظر گرفتن کل چرخه به عنوان یک فرایند واحد و با استفاده از یکی از معادلات تخریب اکسرژی ، تخریب اکسرژی در یک چرخه نیز قابل تعیین است.
آیا می توان از بین بردن اگزرژی و اگزرژی از طریق اصول ترمودینامیکی و یا آماری - مکانیکی فهمید؟اکسرژی حداکثر کار نظری قابل دستیابی برای یک سیستم کلی متشکل از یک سیستم و محیط است زیرا سیستم به تعادل با محیط می رسد تفسیر یک سیستم (که من آن را χ می نامم) ، در یک حالت مشخص با این عبارت بیان می شود:$\chi = (U-U_o)+p_o(V-V_o)-T_o(S-S_o) +KE +PE$جایی که بنابراین ، Uo و غیره حالت های مرده یک سیستم را نشان می دهند.اگر χ را به عنوان exergy (در دسترس بودن) بنامید ، $\chi = U + p_o V - T_o S$ در جایی که$p_o, T_o$ فشار و دمای محیط است (و ثابت فرض می شود). برای یافتن حداکثر کار مفید قابل استخراج از سیستم کافی است که فرایندهای برگشت پذیر را فقط به گونه ای تجزیه و تحلیل کنید که $dU=TdS-pdV$ و سپس تغییر اگزرژی برای فرایند برگشت پذیر باشد.$\chi_2 -\chi_1 = U_2 -U_1 + p_o (V_2 - V_1) - T_o (S_2 - S_1)$\ پس $d\chi = (T-T_o)dS -(p-p_o)dV$"اگر تغییر برگشت پذیر باشد ، $ TdS -$ گرمای استخراج شده از سیستم است که ممکن است با انتقال آن به یک موتور کارنو ایده آل که بین دمای T و To کار می کند ، بسیار مفید باشد. کار انجام شده توسط موتور پس از آن خواهد بود - ( T - به) dS. همچنین اگر به سیستم اجازه داده شود تا با مقدار dV برگشت پذیر شود ، باید یک فشار اضافی (P - Po) از خارج اعمال شود و کار مفید انبساط این است که در مقابل فشار اضافی انجام شود ؛ کار باقیمانده انجام شده توسط سیستم مفید نیست ، زیرا برای عقب انداختن جو (یا هر منبع غیرفعال دیگری از فشار خارجی Po) هزینه می شود. از این رو$ (P -Po) d V$ کار مفیدی است و دو اصطلاح کار اضافه می کنند - dA. بنابراین کاهش در A اندازه گیری حداکثر کار مفید موجود است. این تفسیر از A باعث می شود که انتظار داشته باشیم که A هنگامی که $T = To$ و $P = Po $حداقل مقدار را بگیرد ، زیرا در این صورت سیستم با محیط اطراف خود در تعادل است و نمی تواند به عنوان منبع کار مفید عمل کند. "
بی نظمی ExBE اصطلاح اگزرژی نابود شده را معرفی می کند ، که نشان دهنده حداکثر پتانسیل کار است که به دلیل برگشت ناپذیری بازیابی برای اهداف مفید غیرممکن است. برای یک سیستم برگشت پذیر ، هیچ تخریب اکسرژی وجود ندارد زیرا تمام کارهای تولید شده توسط سیستم می توانند مفید واقع شوند. ارتباط مستقیمی بین تخریب اگزرژی ، تولید آنتروپی و دمای مرجع محیط وجود دارد
کارایی اکسرژی (همچنین به عنوان کارایی قانون دوم یا کارایی منطقی نیز شناخته می شود) اثر بخشی یک سیستم را نسبت به عملکرد آن در شرایط برگشت پذیر محاسبه می کند. به عنوان نسبت بازده حرارتی یک سیستم واقعی در مقایسه با یک نسخه ایده آل یا برگشت پذیر از سیستم برای موتورهای گرما تعریف می شود. همچنین می توان آن را به عنوان نسبت خروجی کار مفید سیستم به خروجی کار برگشت پذیر برای سیستم های کاربر توصیف کرد. برای یخچال ها و پمپ های حرارتی ، این نسبت COP واقعی و COP برگشت پذیر است.دلیل نیاز به کارایی قانون دوم این است که کارآیی های قانون اول قادر به در نظر گرفتن نسخه ایده آل سیستم برای مقایسه نیستند. استفاده از کارایی های قانون اول به تنهایی می تواند کسی را باور کند که یک سیستم کارآمدتر از واقعیت است. بنابراین ، برای دستیابی به یک تصویر واقع بینانه از اثربخشی یک سیستم ، بازدهی قانون دوم لازم است. از قانون دوم ترمودینامیک می توان نشان داد که هیچ سیستمی هرگز نمی تواند 100٪ کارآمد باشد.تعادل اگزرژی B یک فرآیند:${\displaystyle B_{in}=B_{out}+B_{lost}+B_{destroyed}\qquad {\mbox{(roham1)}}}$با کارایی اگزرژی تعریف شده به عنوان:${\displaystyle \eta _{B}={\frac {B_{out}}{B_{in}}}=1-{\frac {(B_{lost}+B_{destroyed})}{B_{in}}}\qquad {\mbox{(roham2)}}}$برای بسیاری از سیستم های مهندسی این را می توان به صورت زیر تعریف کرد:${\displaystyle \eta _{B}={\frac {{\dot {W}}_{net}}{{\dot {m}}_{fuel}\Delta G_{T}^{0}}}\qquad {\mbox{(roham3)}}}$
اگر یک محیط مرجع در دنیای واقعی انتخاب شود که مانند یک مخزن نامحدود رفتار کند و توسط سیستم بدون تغییر باقی بماند ، گمانه زنی های کارنو در مورد پیامدهای یک سیستم که به سمت تعادل با زمان پیش می رود ، توسط دو گزاره معادل ریاضی مورد توجه قرار می گیرد. بگذارید B ، زوال یا کار موجود با گذشت زمان کاهش یابد ، و Stotal ، آنتروپی سیستم و محیط مرجع آن که در یک سیستم بزرگتر جدا شده با هم محصور شده اند ، با گذشت زمان افزایش می یابد:${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} B}{\mathrm {d} t}}\leq 0{\mbox{ is equivalent to }}{\frac {\mathrm {d} S_{total}}{\mathrm {d} t}}\geq 0\qquad {\mbox{(roham1)}}}$برای سیستم های ماکروسکوپی (بالاتر از حد ترمودینامیکی) ، اگر از عبارت زیر برای اکسرژی استفاده شود ، این عبارات هر دو عبارت از قانون دوم ترمودینامیک هستند:${\displaystyle B=U+P_{R}V-T_{R}S-\sum _{i}\mu _{i,R}N_{i}\qquad {\mbox{(roham2)}}}$
که در آن مقادیر گسترده برای سیستم عبارتند از: U = انرژی داخلی ، V = حجم و Ni = مول مولفه i
مقادیر فشرده محیط اطراف عبارتند از: PR = فشار ، TR = دما ، μi ، R = پتانسیل شیمیایی جز مولفه iیک تعریف جایگزین از انرژی داخلی ، پتانسیل شیمیایی موجود را از U جدا نمی کند. این عبارت برای فرآیندهایی که حجم سیستم و آنتروپی تغییر می کند (در معادله (1roham) جایگزین می شود) مفید است:${\displaystyle B=U[\mu _{1},\mu _{2},...\mu _{n}]+P_{R}V-T_{R}S=U[{\boldsymbol {\mu }}]+P_{R}V-T_{R}S\qquad {\mbox{(roham3)}}} $ایده کلوین را در فیزیک درک کنیم. کلوین اظهار داشت که بهترین مقیاس دما ، توانایی ثابت یک واحد دما در محیط اطراف برای تغییر کار موجود از موتور کارنو را توصیف می کند${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} B}{\mathrm {d} T_{R}}}=-S\qquad {\mbox{(4)}}}$
حداکثر تبدیل ممکن گرما به محل کار یا میزان اکسرژی گرما ، به دمایی که گرما در دسترس است و سطح دمایی که می توان گرمای رد شده را دفع کرد ، یعنی دمای محیط بستگی دارد. حد بالای تبدیل به کارایی کارنو معروف است${\displaystyle \eta =1-{\frac {T_{C}}{T_{H}}}\qquad {\mbox{(15)}}}$که در آن TH دمای بالاتر و TC دمای پایین تر است ، هر دو به عنوان درجه حرارت مطلق. از رابطه 15 مشخص است که برای به حداکثر رساندن کارایی باید TH را به حداکثر رساند و TC را به حداقل رساند.Exergy رد و بدل شده است:${\displaystyle \ B=Q(1-{\frac {T_{o}}{T_{source}}})\qquad {\mbox{(16)}}}$جایی که Tsource دمای منبع گرما است و To دمای محیط اطراف است
تصویر

ارسال پست