۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی
ناکارآمدی­های ترمودینامیکی واقعی در یک سیستم حرارتی به تخریب اگزرژی و اتلاف اگزرژی در آن سیستم مربوط می­ شود. تمامی فرآیندهای واقعی به علت وجود اثراتی همانند واکنش شیمیایی، انتقال حرارت بواسطه­ی اختلاف دمای محدود، اختلاط مواد با ترکیبات و حالت­های مختلف، انبساط آزاد و اصطکاک، فرآیندهایی بازگشت ناپذیر هستند. یک تحلیل اگزرژی اجزایی از سیستم را که دارای بیشترین ناکارآمدی ترمودینامیکی هستند و نیز فرآیندهایی که مسبب آن می­شوند مشخص می­نماید.
بطور کلی ناکارآمدی­ها در یک جز سیستم در صورتی که باعث کاهش هزینه سرمایه گذاری کل سیستم و یا کاهش هزینه­ سوخت در اجزای دیگر نشوند، باید از بین رفته و یا کاهش یابند.
تلاش برای کاهش مصرف منابع انرژی باید بر روی اجزایی متمرکز گردد که بیشترین پتانسیل را برای بهبود و اصلاح دارند. در حال حاضر و باتوجه به وضعیت پیشرفت­های تکنولوژیکی، بعضی از موارد تخریب و یا اتلاف اگزرژی در اجزای یک سیستم اجتناب ناپذیرند. برای مثال قسمت عمده تخریب اگزرژی در یک فرایند احتراق نمی­تواند حذف شود و تنها قسمت کوچکی از آن را می­توان بوسیله پیش گرم کردن مواد اولیه احتراق و یا کاهش مقدار هوای اضافی کاهش داد.

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

در یک فرایند بهینه­سازی ترمودینامیکی هدف کمینه سازی ناکارآمدی­هاست در حالی که در بهینه­سازی ترمواکونومیکی هدف تخمین مقادیری از ناکارآمدی­های ترمودینامیکی می باشد که از لحاظ هزینه بهینه باشند.

شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند
انتقال حرارت بواسطه یک اختلاف دمای محدود فرایندی بازگشت ناپذیر می­باشد. شکل (۳-۲) پروفیل دما را برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک عبور می­ کنند نشان می­دهد.
برای محاسبه­ی تخریب اگزرژی بعلت انتقال حرارت از جریان گرم به جریان سرد می­توان از رابطه­ زیر استفاده نمود:

(۳-۲۴)

که دمای متوسط ترمودینامیکی برای جریان گرم و جریان سرد به طریق زیر بدست می­آیند:

(۳-۲۵)

که در این رابطه زیروندهای i و e به ترتیب نشان دهنده جریان­های ورودی و خروجی می­باشند. در حالتی­که انتقال حرارت در فشار ثابت انجام می­گیرد رابطه­ (۳-۲۵) به رابطه­ زیر ساده می­ شود:

(۳-۲۶)

رابطه­ (۳-۲۴) نشان می­دهد که اختلاف بین دماهای ترمودینامیکی متوسط دو جریان () معیاری برای تخریب اگزرژی می­باشد. نامتناسب بودن نرخ ظرفیت حرارتی دو جریان: و همچنین اختلاف دمای کمینه محدود (ΔT_min = T₃ – T₂در شکل ۳-۲) علل ناکارآمدی­های ترمودینامیکی می­باشند.
در مبدل­های حرارتی باید از کنار هم قراردادن جریان­هایی که نرخ ظرفیت حرارتی آن­ها بسیار متفاوت از یکدیگر می­باشد اجتناب گردد. همچنین با توجه به رابطه­ (۳-۲۴) می­توان گفت که به ازای اختلاف دمای ثابت هر چه سطح دماهای پایین تر باشد بازگشت ناپذیری و تخریب اگزرژی ناشی از انتقال حرارت بین دو جریان بیشتر خواهد شد.
نرخ تخریب اگزرژی بواسطه اصطکاک بوسیله رابطه زیر محاسبه می­گردد:

(۳-۲۷)

که در رابطه فوق T_a دمای متوسط ترمودینامیکی سیال کاری و افت هد می­باشد.
تاثیر اصطکاک در دبی­های جرمی زیاد و دماهای پایین شدیدتر است. اگرچه تخریب اگزرژی بواسطه اصطکاک در سیستم­های حرارتی معمولاً از درجه­ دوم اهمیت برخوردار می­باشد ولی هزینه­ های مرتبط با این تخریب اگزرژی ممکن است چشمگیر باشد.
از آنجایی که هزینه واحد توان الکتریکی یا مکانیکی که برای تغذیه پمپ، کمپرسور یا فن احتیاج می­باشد، بطور قابل توجهی از هزینه واحد یک سوخت فسیلی بیشتر می­باشد بنابراین هر واحد تخریب اگزرژی بواسطه اتلاف اصطکاکی نسبتا گرانتر خواهد بود.
مثال­هایی برای اتلاف اگزرژی عبارتند از: انتقال حرارت به محیط (اتلاف حرارتی)، اتلاف یا پراکندگی انرژی جنبشی گازهای خروجی و بازگشت ناپذیری بواسطه ترکیب گازهای خروجی با هوای محیط.
رهنمودهایی برای بهبود مصرف منابع انرژی از طریق کاهش منابع ناکارآمدی ترمودینامیکی حرارتی بوسیله­ی Bejan, Moran, Tsatsaronis و Sama ارائه شده اند. هر چند کاربرد اصلی تحلیل اگزرژی برای ارزیابی یک سیستم در قالب یک تحلیل ترمواکونومیکی مطرح می­گردد که نه تنها ناکارآمدی­ها را در نظر می­گیرد بلکه هزینه­ های مرتبط با این ناکارآمدی­ها و همچنین هزینه­ های سرمایه گذاری مورد نیاز برای کاهش این ناکارآمدی­ها را نیز لحاظ می­ کند.
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک
ارزیابی عملکرد و بهینه سازی طراحی سیستم­های حرارتی نیازمند به تعیین راندمان اگزرژتیک و یک روش مناسب تعیین هزینه­ برای هر یک از اجزای سیستم می­باشد. راندمان اگزرژتیک برای یک جز بصورت نسبت بین محصول و سوخت تعریف می­گردد. محصول و سوخت یک جزء با در نظرگرفتن نتیجه مطلوبی که بوسیله آن جز تولید می­گردد و همچنین منابعی که برای تولید آن نتیجه صرف می­گردند، تعیین می­شوند.