К вопросу энергосбережения и повышения энергоэффективности сложной системы
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
отрение потерь и притоков энергии и перераспределение энергии между формами движения.
В соответствии со структурной схемой программами энергосбережения и повышения энергоэффективности ставится вопрос о полной или частичной замене двух форм энергии пятого иерархического уровня.
Отметим, что изменение источника (одного или двух) энергии этого уровня влечет за собой
изменение других форм энергии этого уровня (химической, излучения, обмен веществом);
изменение обменов видами форм энергии шестого уровня (перераспределения видов энергии);
изменение структуры энергий вышележащих уровней (уровни два - четыре) за счет изменения диссипативных структур.
Поэтому простая полная или частичная замена поставщика формы энергии обязана вызвать пересмотр структурной схемы общей энергии системы. Поставленная замена не решает вопроса фактического значения форм энергии, подлежащих изменению.
Во всех случаях задача основывается на величинах заданного расчетного (фактического) количества энергии, которое тем, или иным методом изменяется или изменяется поставщик заданного уровня энергии.
В направлениях решения задач энергосбережения и энергоэффективности отсутствует существенный раздел, связанный с методом определения объемов энергопотребления.
Решение задач определения объемов энергопотребления, представляющие собой движения форм энергии, возможны методами:
классической механики и теплотехники (современный наиболее часто используемый способ решения) путем рассмотрения:
твердых недеформируемых тел и общей теплотехники (энергостатика);
твердых деформируемых тел (сопротивление материалов, строительная механика и техническая теплотехника).
Рассматриваются изолированные системы с детерминированными значениями переменных состояния;
механики сплошной среды и энергокинематики;
Рассматриваются консервативные закрытые системы с непрерывными значениями переменных состояния.
теории открытых систем и энергодинамики (методы расчета синтеза и движения форм энергии) с переходом к рассмотрению задач методами физической и химической кинетики.
Рассматриваются открытые системы со стохастическими переменными состояния.
Современный метод определения объема форм энергии (электрической и тепловой) основан:
на максимально возможных величинах интенсивных переменных состояния;
на экспериментальных характеристиках материалов без учета неравновесных состояний и необратимых процессов;
на использовании постулатов классической механики и теплотехники для состояний равновесия.
Из рассмотрения структурной схемы Рис.1 следует:
для неподвижной системы должна рассматриваться общая энергия системы (сумма полной механической энергии внешних сил и внутренней энергии системы);
внутренняя энергия системы может быть двухзначной и зависит от знака связанной энергии неравновесных процессов (знака энтропии);
если учитывать только полную механическую энергию (как это делается в настоящее время), то система вследствие неравновесных необратимых процессов и изменения диссипативных структур будет постепенно деградироваться.
Имеется немало примеров, когда система разрушалась еще в процессе становления (монтажа или строительства) или при малом сроке функционирования. Поэтому основным вопросом является выбор метода определения форм энергии.
3. Анализ методов определения форм энергии
Для любых методов расчетов имеет значение соблюдение принципов (начала или основа) и удовлетворение гипотезам (предположения).
.1 Принципы физические общие
Приводится часть основных принципов, относящихся к рассматриваемой проблеме.
Принцип детерминизма - состояние системы есть следствие предыдущих процессов и явлений и причина последующих явлений. Все события однозначно определены. Интенсивные переменные, - определенные, неслучайные. Изменение во времени хорошо изучено, определяется известным законом. Состояние описывается алгебраическими и/или обыкновенными дифференциальными уравнениями, и однозначно определяется в любой момент времени по предыдущему состоянию.
Принцип не распространяется на молекулярную физику и термодинамику.
Принцип дискретности - интенсивные переменные заданы только отдельными значениями (прерывистыми). Основывается на экспериментальных значениях переменных состояния.
Траектория не всегда определяется конечными значениями.
Принцип инвариантности - предельные распределения не зависят от тех или иных характеристик исходных распределений. Симметрия есть совокупность инвариантных свойств системы (объекта). Инвариантности уравнений механики отвечают определенные законы сохранения (например, уравнениям относительно сдвигов - закон сохранения энергии).
Принцип геометрический - пространство обладает эвклидовой геометрией.
Принцип соответствия - теория, прошедшая достаточно серьезную проверку экспериментом, адекватно описывает определенный круг явлений.
.2 Классическая механика и общая теплотехника
Рассматриваются макроскопические состояния и параметры (внутренние) тела методами классической механики (the classical mechanics, CM) и общей теплотехники (general heat engineering, GHI). .
Характеристики материалов и внешних сил (нагрузок) определяются феноменологическими (экспериментальными) методами. Величины характеристик материалов и нагрузок дискретные.
Значения нагруз