К вопросу энергосбережения и повышения энергоэффективности сложной системы
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
мощности потребляемой тепловой и электрической энергии без учета перераспределения энергии между видами движения и рассеяния.
3.3 Механика сплошной среды и общая термодинамика. Continuum mechanics and the general thermodynamics
3.3.1 Принципы механики сплошной среды и общей термодинамики
Принципы теории возмущений (ТВ) - метод приближенного решения уравнений:
параметры в уравнениях безразмерные;
воздействия на систему малые;
находится решение для невозмущенной системы, которое, в последующем, уточняется, и определяются поправки на малые возмущения;
метод последовательных приближений (каждый последующий член меньше предыдущих).
Принципы ТВ применяются при решении классических дифференциальных уравнений (КДУ).
КДУ имеют статистический смысл и верны только для средних значений элементарных процессов. Усреднение связано с потерей информации о процессе, поэтому КДУ справедливы для описания консервативных систем, когда набор структурных состояний зафиксирован, и эволюцией можно пренебречь. Под структурой понимается связь трех и более событий. Пример неприменимости КДУ, - фракталы и сложные системы. Особенностью таких систем является спонтанное изменение структуры динамических элементов при постоянстве внешних условий (бифуркация).
Принцип максмина - в равновесных и стационарных системах имеет место принцип минимизации энтропии (экстремальные принципы).
3.3.2 Гипотезы и законы механики сплошной среды и общей термомеханики
Рассматриваются макроскопические состояния и параметры (внутренние и внешние) системы.
Характеристики материалов и нагрузок определяются феноменологическими (в т.ч., экспериментальными) методами. Рассматриваются закрытые системы CS (обмениваются со средой энергией) в состоянии равновесия. Равновесных состояний бесчисленное множество. Нагрузки, воздействия и характеристики материалов детерминированные дискретные.
Процессы рассматриваются в состоянии равновесия и обратимы во времени.
Системы (простые) рассматриваются методами классической физики.
Гипотезы:
. Гипотеза введения единой декартовой системы координат для всех точек пространства.
. Гипотеза сплошности (Бернулли) объекта.
Тело постулируется как среда, заполняющая определенный объем.
. Гипотеза непрерывности метрического пространства.
. Гипотеза непрерывности абсолютного времени для всех систем отсчета.
. Гипотеза распределенности массы.
. Гипотеза распределенности массовых и поверхностных сил.
. Контактный характер поверхностных сил.
. Гипотеза макроскопичности сплошной среды и механических свойств материалов.
. Гипотеза термомеханики сплошных сред о распределенности массовых и контактных скоростей нагрева.
Число гипотез . Число принципов (основных и дополнительных) 7.
Законы СМ (следствия принципа инвариантности):
. Закон сохранения массы:
масса не изменяется при любых движениях тела, если тело состоит из одних и тех же материальных точек;
масса является аддитивной величиной:
.
. Закон сохранения импульса (изменения количества движения).
. Закон сохранения количества импульса (изменения момента количества движения).
. Закон сохранения энергии (первое начало термодинамики).
. Закон баланса энтропии (второе начало термодинамики).
. Существование абсолютной температуры (нулевое начало термодинамики).
В расчетах используются уравнения механики сплошной среды и общей термодинамики (энергокинематика линейных процессов).
Результат расчетов: полная механическая энергия и мощности потребляемой тепловой и электрической энергии без учета перераспределения энергии между видами движения и рассеяния.
.4 Открытые системы и энергодинамика. Open systems and the energy-dynamics
Рассматриваются микроскопические состояния и параметры (внутренние) системы с динамическими (микроскопическими) распределениями частиц и упорядоченные изменения состояний на макроскопическом уровне. Открытые системы (OS) относятся к большим (сложным) системам.
Открытые системы [12] обмениваются со средой энергией, веществом, информацией, в том числе, в неравновесном состоянии. Равновесных (неравновесных) состояний счетное множество.
Нагрузки, воздействия и характеристики материалов стохастические.
Большие системы - пространственно-распределенные системы, в которых подсистемы (их составные части) относятся к категории сложных.
Большую систему характеризуют:
большие размеры;
сложная иерархическая структура;
циркуляция в системе информационных, энергетических и материальных потоков;
высокий уровень неопределенности в описании системы;
наличие неравновесных и нестационарных процессов;
необратимость процессов во времени;
возможность появления самопроизвольных кооперативных и коллективных процессов;
наличие обратной связи.
Системы рассматриваются методами статистической физики.
Открытые системы основываются на принципах:
Принцип инвариантности - последовательность распределений случайных величин при большом числе измерений сводится к распределению случайной величины.
Принцип неопределенности Гейзенберга, - система не может находиться в состояниях, в которых координаты ее центра инерции и импульс принимают определенные точные значения. Принцип Гейзенберга, - одновременное измерение двух сопряженных переменных (например, положение частицы и им