مفهوم اگزرژی (Exergy)، کاربردهای اگزرژی در تحلیل سیستم، یک نمونه تحلیل اگزرژی
مفهوم اگزرژی و کاربردهای اگزرژی در تحلیل سیستم: زمانی که قانون اول ترمودینامیک به عنوان اصل بقای انرژی بیان می شود، با کمیت اشکال مختلف انرژی سروکار داریم. از دیدگاه مهندسی یک کمیت انرژی دارای کیفیت است. در مجموع کیفیت به معنی درجه مفید بودن می باشد.
تغییرات در سیستم ها به وسیله عکس العمل های کار و گرما به وجود می آیند. مشاهدات قبلی نشان می دهند که عکس العمل کار بسیار مهم تر از عکس العمل گرما در تغییر حالت سیستم می باشد. از آن جایی که عکس العمل های کار درجه مفید بودن بالایی دارند گفته می شود که کیفیت بالاتری نسبت به عکس العمل های گرما دارند. حتی قانون دوم ترمودینامیک استاندارد بالاتری برای کار، نسبت به گرما، قائل می شود. کار به طور کامل به گرما تبدیل می شود اما تبدیل گرما به کار توسط دستگاهی که در یک سیکل ترمودینامیکی کار می کند، بسیار محدود است. بنابراین کار مفید تر از گرماست و به دست آوردن آن در برخی مواقع بسیار مشکل است.
کلید واژه ها: مفهوم اگزرژی (Exergy)، کاربردهای اگزرژی در تحلیل سیستم، یک نمونه تحلیل اگزرژی، مفهوم اکسرژى (Exergy)، کاربردهای اکسرژى در تحلیل سیستم، یک نمونه تحلیل اکسرژى
تحلیل و طراحی سیستم گرمایشی ساختمان مسکونی با استفاده از ذخیره کننده های حرارتی PCM
میزان مفید بودن انرژی ممکن است در مورد اشکال مختلف انرژی و تبدلات آن در حالت معین به کار برده شود. ظرفیت مقدار انرژی داده شده برای تولید کار به عنوان میزان کیفیت گرما پذیرفته شده است. به طور کلی [1]:
کیفیت انرژی، پتانسیل انرژی برای تولید کار مفید است.
کار مفید مربوط به کیفیت انرژی، پتانسیل کار انرژی خوانده می شود که به یک مبناء اندازه-گیری احتیاج دارد. این مبناء معمولاً محیط درنظر گرفته می شود. درنتیجه [1]:
پتانسیل کار یک مقدار معین از انرژی به صورت ماکزیمم کار مفید ممکن تعریف می شود که می تواند از آن انرژی در محیط معینی به دست آید.
هرگاه پتانسیل یک مقدار معین از انرژی در طول فرآیند کاهش یابد گفته می شود که انرژی کاهش درجه داده است. پس قانون اول و دوم به قانون بقا و کاهش درجه انرژی تبدیل می-شوند و به شکل ذیل درمی آیند [1]:
مقدار کل انرژی ثابت است (قاون اول).
پتانسل تولید کار مفید همواره کاهش می یابد (قاون دوم).
بنابراین انرژی در طول مدت انتقال یا تغییر شکل، باقی می ماند اما کاهش درجه می دهد. این پتانسیل که کار مفید تولید می کند، کیفیت انرژی را مشخص می کند. بقای انرژی به مفهوم کاهش استفاده از انرژی است. بنابراین کم کردن کاهش درجه انرژی در زمان استفاده از آن اهمیت زیادی دارد.
باید توجه شود که قانون اول و دوم به عمد در ترم های انرژی بیان شده اند. اگر بخواهیم مقدار پتانسیل یک سیستم در حالت معین یا تغییر در پتانسیل کار فرآیندی را داشته باشیم باید هر دو قانون را هم زمان به کار گیریم. این روش با بسیاری از بحث های مقدماتی ترمودینامیک تفاوت دارد. در آن بحث ها هر یک از قوانین به طور جداگانه بررسی می شدند. با ترکیب دو قانون یک معادله کلی برای محاسبه عکس العمل کار در حضور بازگشت ناپذیری ها به دست می آید که با این معادله می توانیم به پتانسیل کار سیستم ها مقداری نسبت دهیم. دلیل ترکیب این دو قانون این است که قانون اول شامل ترم کار است اما ترم مربوط به بازگشت ناپذیری ها (تولید انتروپی) در آن وجود ندارد و هیچ ترم دیگری به جای آن نوشته نشده است. پس برای بیان ارتباط مستقیم با تولید انتروپی (یا بازگشت ناپذیری) باید قانون دوم با قانون اول ترکیب شود.
1-قانون کار تلف شده و مفهوم اگزرژی
برای برطرف کردن نقص جدایی دو قانون اول و دوم ترمودینامیک ابتدا قانون کار تلف شده را در حالت کلی به دست می آوریم. در این بخش از نتایج کلی به حالت ساده خواهیم رسید. سیستمی با چند ورودی و خروجی، شکل (1) درنظر بگیرید.
( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )
پتانسیل کار یک سیستم که فقط با محیط تبادل حرارت دارد نسبت به حالت مرده اش اگزرژی آن حالت یا دسترسی ترمودینامیکی نامیده می شود.
درواقع اگزرژی ماکزیمم کار مفیدی است که از یک جریان ماده و یا انرژی قابل حصول است [2]: همان طور که گفته شد کار مفید در صورتی ماکزیمم خواهد شد که فرآیند بازگشت پذیر باشد. بنابراین کار برگشت پذیر با اگزرژی رابطه ای دارد که به زودی بیان خواهد شد.
با فرمول بندی معادلات بالا بر اساس توابع اگزرژی (دسترسی) به نتایج مفیدتری خواهیم رسید. برای این منظور محتوای آنالیز را در دو نتیجه خلاصه می کنیم. اول این که انتروپی تولید شده توسط سیستم مقیاسی برای اندازه گیری کار در دسترسی است که نابود شده است و دوم این که در حد بازگشت پذیری و با استفاده از معادله (4) امکان محاسبه کران بالای نرخ انتقال کار سیستمی که ظرفیت آن را دارد، وجود دارد.
( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )
این موازنه ی اگزرژی به طور مفروض فقط در محدوده ی بازگشت پذیری وجود دارد. چهار ترم سمت راست معادله ی (11) در بخش های بعدی معرفی خواهند شد. دیاگرام محاسبه اگزرژی در شکل (3) آمده است. توجه کنید که شکل (3) شبکه ی جریان اگزرژی مربوط به شکل (1) در محدوده بازگشت پذیری است.
( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )
شکل (4): روش دیگری برای محاسبه اگزرژی در شکل (1) که نشان می دهد چگونه اگزرژی تلف شده موازنه ی بین اگزرژی ورودی و خروجی را تغییر می دهد [2].
( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )
یک نمونه تحلیل اگزرژی[3]:
فرض کنید w 500 حرارت با دمای المنتK 1000. در بالای المنت سرامیک با دماK 500 که هر دوی آنها در شکل (6) نشان داده شدهاند. از انتقال حرارت به سمت پایین صرفنظر میکنیم. جریان اگزرژی و نابودی اگزرژی را در فرایند بیابید.
( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )
حال حجم کنترل C.V.2 را در نظر میگیریم از سطح المنت به سمت صفحه بالایی. در اینجا حرارت از 1000K حرکت و به 500K در صفحه بالایی میرسد بدون هیچ کاری:
( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )
منابع:
[1]. Kenneth Wark, Jr., Advanced Thermodynamics for Engineers, McGraw-Hill, New York, 1995.
[2]. A. Bejan, Advanced engineering Thermodynamics, New York, 1988
[3]. G. Van Wylen, R. Sonntag, C. Borgnakke, Fundamental of Thermodynamics, Wily, 1997
خرید آنلاین
عنوان: مفهوم اگزرژی (Exergy)، کاربردهای اگزرژی در تحلیل سیستم، یک نمونه تحلیل اگزرژی حجم: 2.74 مگابایت قیمت: 99500 تومان رمز فایل (در صورت نیاز): www.datasara.com نرم افزارهای مورد نیاز: winrar - adobe acrobat - office
تنها با ارسال یک ایمیل وجه خود را دریافت نمایید