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