Связь эффективности термодинамических систем с производством энтропии

из "Методы оптимизации в необратимой термодинамике и микроэкономике "

Если же есть возможность как-то оценить производство энтропии, т.е. найти TQ такое, что реальное а TQ 0, то, подставив TQ в формулу (1.70), можно найти более точную оценку для г/. В гл. 4 показано, как при заданной мощности р и кинетике теплопереноса такая оценка может быть найдена. [c.45]
Здесь сг — производство энтропии за счет необратимости процессов теплопереноса. [c.45]
При заданной тепловой нагрузке и температуре Тю величина 0i фиксирована. Минимизация производства энтропии а за счет выбора Wij W2 и за счет организации теплообмена позволяет при фиксированной поверхности теплообменника увеличить эффективную температуру второго потока, а значит, при заданной Т2о повысить Т2в. [c.46]
Запишем первоначально уравнения материального, энергетического и энтропийного балансов для схемы разделения в целом, а затем рассмотрим балансовые соотношения только для рабочего тела. В последнем случае масса рабочего тела за цикл остается постоянной и производство энтропии связано только с диссипативными потоками тепло- и массопереноса. [c.46]
В том случае, когда разделение осуществляется за счет циркуляции рабочего тела с поочередным поглощением им примеси в первом полуцикле (абсорбция или адсорбция) и выделением во втором полуцикле (десорбция), выражение для термического КПД, близкое к (1.79), но включающее химические потенциалы потоков, можно получить из термодинамических балансов для рабочего тела. [c.48]
Диффузионно-механический и термо- диффузионный циклы. Механическая работа может быть получена не только за счет передачи тепла от более горячего к более холодному резервуару, как это происходит в цикле тепловой машины, но и за счет передачи вещества от тела с большим к телу с меньшим химическим потенциалом. Рассмотрим систему, состоящую из двух источников, в одном из которых химический потенциал некоторого вещества равен //+, а в другом // (для определенности //+ // ) и рабочего тела, параметры которого циклически изменяются. Как и ранее, запишем балансы вещества, энергии и энтропии, учтя, что в среднем за цикл внутренняя энергия, энтропия и количество молей N вещества для рабочего тела не изменяются. [c.49]
Как было видно для всех рассмотренных примеров, из уравнений термодинамических балансов следует, что показатель эффективности использования энергии в термодинамических системах (технический КПД) монотонно уменьшался с ростом производства энтропии т, т.е. с ростом необратимых потерь энергии. Величина а зависит от кинетики тепло- и массообменных процессов, а также кинетики химических реакций. Уравнения кинетики связывают диссипативные потоки энергии и вещества с интенсивными переменными взаимодействующих подсистем. Связь показателя эффективности с производством энтропии дана в табл. 1.1. [c.50]
Задача оптимальной в термодинамическом смысле организации процесса состоит в том, чтобы выбором температур, давлений, химических потенциалов взаимодействующих подсистем, а также коэффициентов в уравнениях кинетики добиться минимума производства энтропии при заданной интенсивности потоков. В распределенных стационарных системах (трубчатых теплообменниках, реакторах, колонных аппаратах и пр.) интенсивные переменные меняются по длине, и требуется найти оптимальный закон изменения этих переменных вдоль аппарата. В нестационарных процессах требуется найти закон изменения интенсивных переменных во времени. [c.51]
Важным свойством производства энтропии в системе является ее аддитивность, что позволяет на первом этапе разбить сложную систему на отдельные подсистемы, оптимизировать каждую из подсистем при тех или иных параметрах поступающих и выходящих из нее потоков. На следующем этапе требуется так согласовать средние интенсивности потоков, чтобы удовлетворить системным связям и минимизировать суммарное производство энтропии. [c.51]
Из примеров, приведенных в п. 1.5, видно, что предельные возможности термодинамических систем ограничены необратимостью протекающих в них процессов. Показателем этой необратимости является диссипация (производство энтропии). [c.52]
В данной главе рассмотрены процессы, которые при заданной средней интенсивности (средней величине движущих сил) имеют минимальную диссипацию. Таким образом, ставится задача о таком распределении движущих сил во времени или в пространстве, при котором необратимость процесса, оцениваемая производством энтропии, была бы минимальна. В ряде случаев точный минимум найти не удается или для его определения требуется слишком много исходных данных. В этом случае стремятся получить оценку диссипации снизу. [c.52]
Так как в сложной системе производство энтропии аддитивно связано с производством энтропии в каждом из ее элементов, то при проектировании такой системы достаточно оптимально распределить между подсистемами значение средней интенсивности процессов. Каждому значению средней интенсивности соответствует минимально возможная величина диссипации энергии. При проектировании сложных систем необходимо знать предельные возможности входящих в них подсистем. [c.52]
Первоначально рассмотрим задачу о минимальной диссипации в общем виде. Затем полученные соотношения конкретизируем для целого ряда процессов (тепло- и массопереноса, дросселирования химических превращений и пр.). [c.52]
Постановка задачи. Термодинамический процесс характеризуют два типа переменных — интенсивные (температура, давление, концентрация и пр.) и экстенсивные (объем, внутренняя энергия, число молей некоторого вещества в системе, энтропия и др.). При делении однородной системы на две подсистемы интенсивные переменные для каждой из них оказываются неизменными, а экстенсивные переменные уменьшаются во столько раз, во сколько обьем подсистемы меньше исходного суммарного объема. [c.53]

Вернуться к основной статье