Odolná termodynamika - Endoreversible thermodynamics - Wikipedia

Termodynamika
Klasický Carnotův tepelný motor
Pobočky Klasický Statistický Chemikálie Kvantová termodynamika Rovnováha  / Nerovnováha
Zákony Zeroth za prvé Druhý Třetí
Systémy Stát Stavová rovnice Ideální plyn Skutečný plyn Stav hmoty Rovnováha Ovládejte hlasitost Nástroje Procesy Izobarický Izochorický Izotermický Adiabatický Isentropic Isenthalpic Kvazistatický Polytropní Bezplatná expanze Reverzibilita Nevratnost Endoreversibility Cykly Tepelné motory Tepelná čerpadla Tepelná účinnost
Systémové vlastnosti Poznámka: Konjugujte proměnné v kurzíva Diagramy vlastností Intenzivní a rozsáhlé vlastnosti Procesní funkce Práce Teplo Funkce státu Teplota  / Entropie  (úvod ) Tlak  / Objem Chemický potenciál  / Číslo částice Kvalita páry Snížené vlastnosti
Vlastnosti materiálu Databáze nemovitostí Specifická tepelná kapacita   ${ displaystyle c =}$ ${ displaystyle T}$ ${ displaystyle částečné S}$ ${ displaystyle N}$ ${ displaystyle částečné T}$ Stlačitelnost   ${ displaystyle beta = -}$ ${ displaystyle 1}$ ${ displaystyle částečné V}$ ${ displaystyle V}$ ${ displaystyle částečný p}$ Teplotní roztažnost   ${ displaystyle alpha =}$ ${ displaystyle 1}$ ${ displaystyle částečné V}$ ${ displaystyle V}$ ${ displaystyle částečné T}$
Rovnice Carnotova věta Clausiova věta Základní vztah Zákon o ideálním plynu Maxwellovy vztahy Vzájemné vztahy Onsager Bridgmanovy rovnice Tabulka termodynamických rovnic
Potenciál Energie zdarma Zdarma entropie Vnitřní energie ${ displaystyle U (S, V)}$ Entalpie ${ displaystyle H (S, p) = U + pV}$ Helmholtzova volná energie ${ displaystyle A (T, V) = U-TS}$ Gibbsova volná energie ${ displaystyle G (T, p) = H-TS}$
Dějiny Kultura Dějiny Všeobecné Entropie Zákony o plynu Stroje „Perpetual Motion“ Filozofie Entropie a čas Entropie a život Brownova ráčna Maxwellův démon Paradox smrtelné smrti Loschmidtův paradox Synergetika Teorie Kalorická teorie Teorie tepla Vis viva („živá síla“) Mechanický ekvivalent tepla Hnací síla Klíčové publikace "Experimentální dotaz Co se týče ... tepla " "V rovnováze Heterogenní látky " "Úvahy o Hnací síla ohně " Časové osy Termodynamika Tepelné motory Umění Vzdělávání Maxwellův termodynamický povrch Entropie jako rozptýlení energie
Vědci Bernoulli Boltzmann Carnot Clapeyron Clausius Carathéodory Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Maxwell von Mayer Onsager Rankine Smeaton Stahl Thompson Thomson van der Waals Waterston
Rezervovat Kategorie

Odolná termodynamika je podmnožinou nevratných termodynamika zaměřené na realističtější předpoklady o přenos tepla než se obvykle vyrábějí reverzibilní termodynamika. Dává horní hranici energie, kterou lze odvodit ze skutečného procesu, který je dolní než to, které předpověděl Carnot pro a Carnotův cyklus, a ubytuje exergie ničení, ke kterému dochází při nevratném přenosu tepla.

Endovratná termodynamika byla objevena při současné práci Novikova^[1] a Chambadal,^[2] ačkoli někdy mylně přičítán Curzon & Ahlborn.^[3]

Motor Novikov

Novikovův motor ukazující nevratný přenos tepla mezi T_H a T_iH, spojený s a Carnotův cyklus pracující mezi T_iH a T_C.^[4]

Rovnice pro účinnost poloideálu tepelný motor pracující při maximálním výkonu, při kterém přenos tepla je nevratný ale další komponenty jsou ideální, lze ukázat, že mají následující podobu,^[5] který je Chambadal-Novikovova účinnost:

${ displaystyle eta = 1 - { sqrt { frac {T_ {L}} {T_ {H}}}}}$

V limitu nekonečně malého výstupního výkonu se obnoví standardní Carnotův výsledek pro účinnost.^[4] U některých typických cyklů výše uvedená rovnice (všimněte si, že absolutní teploty musí být použit) poskytuje následující výsledky:^[3][6]

Elektrárna	${ displaystyle T_ {c}}$ (° C)	${ displaystyle T_ {h}}$ (° C)	${ displaystyle eta}$ (Carnot)	${ displaystyle eta}$ (Endoreversible)	${ displaystyle eta}$ (Pozorováno)
West Thurrock (Spojené království ) uhelná elektrárna	25	565	0.64	0.40	0.36
CANDU (Kanada ) jaderná elektrárna	25	300	0.48	0.28	0.30
Larderello (Itálie ) geotermální elektrárna	80	250	0.33	0.178	0.16

Jak je znázorněno, endoreverzibilní účinnost mnohem podrobněji modeluje pozorovaná data. Takový motor však porušuje Carnotův princip, podle kterého lze pracovat, kdykoli je rozdíl teplot. Skutečnost, že horké a studené zásobníky nejsou na stejné teplotě jako pracovní tekutina, se kterou jsou ve styku, znamená, že práce může a je prováděna na horkých a studených zásobnících. Výsledkem je spojení vysokoteplotní a nízkoteplotní části cyklu, takže se cyklus zhroutí.^[7] V Carnotově cyklu je striktně nutné, aby pracovní tekutina měla stejné teploty jako tepelné nádrže, se kterými jsou v kontaktu, a aby byly odděleny adiabatickými transformacemi, které zabraňují tepelnému kontaktu. Efektivitu nejprve odvodil William Thomson^[8] ve své studii o nerovnoměrně zahřátém těle, ve kterém jsou odstraněny adiabatické přepážky mezi těly při různých teplotách a je provedena maximální práce. Je dobře známo, že konečná teplota je geometrická střední teplota ${ displaystyle { sqrt {T_ {H} T_ {L}}}}$ takže účinnost je Carnotova účinnost pro motor pracující mezi ${ displaystyle T_ {H}}$ a ${ displaystyle { sqrt {T_ {H} T_ {L}}}}$.

Kvůli občasným nejasnostem ohledně původu výše uvedené rovnice se jí někdy říká Účinnost Chambadal-Novikov-Curzon-Ahlborn.

Viz také

Úvod do endoreverzibilní termodynamiky uvádí práce Katharina Wagner.^[4] Zavádí ji také Hoffman et al.^[9][10] Důkladná diskuse o konceptu spolu s mnoha aplikacemi ve strojírenství je uvedena v knize Hanse Ulricha Fuchse.^[11]

Reference