Δίκτυα και θερμοδυναμική

[Παπαγεωργίου]

Πολλοί πιστεύουν ότι αρκεί να μπορεί κανείς να χειριστεί ένα λογισμικό πρόγραμμα για τον υπολογισμό δικτύου (θέρμανσης, ψύξης, αερισμού, υδροδότησης, υδροηλεκτρικού σταθμού, ανεμογεννήτριας κ.λ.π.)

 

Η άποψή μου είναι ότι χωρίς την σε βάθος κατανόηση των θερμοδυναμικών μεγεθών, είναι αδύνατο να υπολογίσει κανείς ένα δίκτυο. Το πρόγραμμα επιβεβαιώνει τους υπολογισμούς.

 

Στη θεωρία βρίσκει κανείς εξισώσεις μόνο για θερμοδυναμική μεταβολή με σταθερή πίεση, ή σταθερή θερμοκρασία. Στην πράξη αυτό δεν συμβαίνει ποτέ. Κάθε μεταβολή του ενός μεγέθους, επιφέρει αλλαγή και στο άλλο.

 

Ένα παράδειγμα προβλήματος θα βρείτε στην http://www.michanikos.gr/showthread.php?t=14359&page=3

 

σχόλιο 24

 

Θέλετε να συζητήσουμε το θέμα;

 

Προτείνω οι φοιτητές να ρωτήσουν τους σχετικούς καθηγητές και να μας μεταφέρουν την άποψή τους

[Παπαγεωργίου]

Παράδειγμα

Σε ένα αδιαβατικό χώρο (πες κύλινδρο με έμβολο) έχουμε αέριο Υδρογόνο με:

 

Όγκο V=1 m3

πίεση P =101325 Ρα

θερμοκρασία T= 273,15 Κ

πυκνότητά ρ = 0,0899 Kg/m3

μάζα m = ρ V = 0,0899 Kg

k = αδιαβατικός συντελεστής = Cp/Cv = 3,5Rs/2,5 Rs)

ΠΕ = πρακτική εφαρμογή

ΝΕ = νέα εξίσωση από τη θεωρία δυναμικού http://discopter.blogspot.com/2009/10/blog-post_5466.html

 

Η εξωτερική πίεση στο έμβολο (περιβάλλον) είναι P και αρχικά ισορροπεί

 

1. Ποια θα είναι η θερμοκρασία του συστήματος Τ2

 

ΠΕ: Γνωρίζοντας τη μεταβολή της θερμοκρασίας, υπολογίζουμε την απαραίτητη ενέργεια (ισχύ) για θέρμανση, ψύξη σε χώρους σταθερής πίεσης (π.χ.σπίτια).

 

2. πόσο έργο θα παραχθεί

3. πόσο θα μεταβληθεί ο όγκος

4. πόσο θα μεταβληθεί η ενθαλπία (και τι είναι αυτή)

5. ποια θα είναι η ταχύτητα ήχου (πριν και μετά)

6. τι συμβαίνει με την εντροπία

 

αν προσθέσουμε θερμική ενέργεια Ε1 = 10.000 J

 

 

Λύση

 

1. H Διαφορά Τάσης ισούται με ΔU = E1/m = 111.234,71 [V] [ΝΕ]

 

 

P = const., ΔU = cp ΔΤ, Τ2 = Τ+ΔΤ = Τ + ΔU/ cp = 273,15 + 7,7022 = 280,8522 [K]

 

Rs = P/ρΤ= 4126,252 [V/K], Cp = 3,5 Rs

 

 

2. Το έργο W: για τη μεταβολή του όγκου ισούται (με k = 1,4)

 

W= PΔV = Ε1/k = 7142,86 [J] [ΝΕ]

 

 

3. Η μεταβολή του όγκου:

 

ΔV = W/P = 0,0705 m3 --> V2 = 1,0705 [m3]

 

 

4. Η μεταβολή της ενθαλπίας (θερμικής ενέργειας ΕΤ) προκύπτει από τη μεταβολή της θερμικής Τάσης UT

 

UT = Rs T--> ΔUT = Rs ΔΤ = ΔΕΤ/m --> ΔΕΤ = 2857,14 [J] [ΝΕ]

 

Ε1 = W + ΔΕΤ= 10.000 [J]

 

Συμπέρασμα

 

Με σταθερή πίεση ο μέγιστος βαθμός απόδοσης έργου με προσθήκη θερμικής ενέργειας ανέρχεται σε 71,4286 % (προσοχή για k = 1,4!)

 

ή αντίστροφα, για τη θέρμανση ενός χώρου με σταθερή πίεση, μόνο το 1/3,5 της θερμικής ενέργειας συμβάλει στην αύξηση της θερμοκρασίας!

 

 

Καμιά απορία - διαφωνία μέχρι εδώ;

Όποιος θέλει <-- μπορεί να απαντήσει σε κάποια ερώτηση του προβλήματος να μην μονολογώ!

[Παπαγεωργίου]

Με γνωστή την ειδική σταθερά Rs (του αέρα είναι =287), το χρόνο, τον όγκο και τη διαφορά θερμοκρασίας, μπορούμε πάρα πολύ απλά να υπολογίσουμε π.χ. την ανάγκη σε θερμική ενέργεια ενός χώρου, χωρίς να ξέρουμε συντελεστές απωλειών.

 

Μπορεί κανείς να φανταστεί πως γίνεται (η άσκηση αντίστροφα, αλλά τι πρέπει να κάνει κανείς πρώτα);

[ariss]

Αδιαβατική διαδικασία είναι αυτή όπου δεν έχουμε ανταλαγή θερμότητας με το περιβάλον. Η πρακτικά έχουμε μονωμένο κύλινδρο. Η εφαρμογή που ανέλυσες θα είχε πρακτική εφαρμογή....... που ακριβώς? Σε θέρμανση χώρου? Εχουμε απώλειες. Και δεν υπολογίζουμε πόση ενέργεια απαιτείται για να θερμανεί ο χώρος αλλα τις απώλειες. Θεωρούμε οτι κάποια στιγμή θα θερμανθεί και το σύστημ μετά θα πρέπει να διατηρήσει την επιθυμητή θερμοκρασία. Και διαστασιολογούμε σύμφωνα με τις μέγιστες απώλειες.

Σε μηχανή εσωτερικής κάυσης? Και πάλι έχουμε απώλειες. Και υπολόγισες μόνο την εκτόνωση.

 

Το ωραίο θα είναι να λύσει κάποιος την άσκηση και με τον κλασικό τρόπο και να συγκρίνουμε αποτελέσματα. Αν και το αδιαβατικό με το προσφέρουμε θερμότητα με μπερδεύει αλλα είμαι σκράπας στη θερμοδυναμική.

 

Ακόμη και αν μπορεί να εφαρμοστεί κάπου αλλού όπως είπαν και άλλα μέλη, βγαίναι κάποιο καινούριο συμπέρασμα που ΄δεν έβγαινα με τις κλασικές εξισώσεις θερμοδυναμικής?

 

Ωραίος τρόπος σκέψης και ίσως να λύνονται πολλά προβλήματα ευκολότερα απο άποψη πράξεων , αλλά μπορείς να το πατεντάρεις? Ο Αινστάιν έκανε πατέντα το E=mc2 ?

[Παπαγεωργίου]

Το ωραίο θα είναι να λύσει κάποιος την άσκηση και με τον κλασικό τρόπο και να συγκρίνουμε αποτελέσματα.

 

Την άσκηση μπορώ να τη λύσω με άλλους δύο τρόπους.

 

Από την αδιαβατική Α περνάμε στην Β (περίπτωση) με ανταλλαγή θερμότητας διατηρώντας την πίεση σταθερή και τον όγκο σταθερό, όπως συμβαίνει σε κάθε σπίτι.

 

Ο μοναδικός τρόπος επίλυσης της Β είναι μέσο της Τάσης, όπως την έχω ορίσει.

 

Για να δούμε κανένας φοιτητής ρώτησε κάποιον καθηγητή;

[ariss]

Την άσκηση μπορώ να τη λύσω με άλλους δύο τρόπους.

 

Από την αδιαβατική περνάμε στην Β με ανταλλαγή θερμότητας διατηρώντας την πίεση σταθερή και τον όγκο σταθερό, όπως συμβαίνει σε κάθε σπίτι.

 

Σαυτούς τους δύο τρόπους περιλαμβάνεται ο κλασικός τρόπος? Αν ναι βγάζει το ίδιο αποτέλεσμα?

 

Ποια Β?

[Παπαγεωργίου]

Αν υπήρχε κλασσικός τρόπος υπολογισμού (με εξισώσεις διατήρησης ενέργειας, όχι στατιστικά δεδομένα απωλειών, που δεν είναι δυνατόν να ισχύουν για κάθε κατασκευή π.χ. τοίχου) για το θερμοδυναμικό ισοζύγιο σε ένα σπίτι, τότε οι καθηγητές έπρεπε να τον διδάσκουν σε κάθε μηχανικό.

 

Φανταστείτε να τον γνωρίζουν και να μην τον διδάσκουν σε αρχιτέκτονες, πολιτικούς, μηχανολόγους κ.λ.π. μηχανικούς.

 

Αν θεωρείτε ότι πρέπει να μάθετε να υπολογίζετε το θερμικό ισοζύγιο για κάθε περίπτωση, τότε υπάρχουν τρεις λύσεις.

 

1. Διοργανώστε ένα σεμινάριο (στο ΤΕΕ, σε κάποια σχολή κ.λ.π.) να σας δείξω τον τρόπο δωρεάν

2. Καθηγητές θερμοδυναμικής να εκφράσουν επώνυμα την άποψή τους στο Φόρουμ

3. Να φτιάξω ένα πρόγραμμα και να σας το πουλάω

 

Η απόφαση δική σας. Εγώ μεγαλώνω τρία μικρά παιδιά, χρηματοδοτώ επί μια δεκαετία μόνος μου την έρευνα και κάθε μου προσπάθεια (ένωση φυσικών, ΤΕΕ, ΕΜΠ, ΑΠΘ μέσο του δημοσιογράφου Σαββίδη (εκπομπή ΕΤ3 Ανχνεύσεις) δεν καρποφόρησε (ούτε καν έλαβα απάντηση) κ.λ.π.

[CostasV]

... όχι στατιστικά δεδομένα απωλειών, που δεν είναι δυνατόν να ισχύουν για κάθε κατασκευή π.χ. τοίχου

Αν κατάλαβα καλά, εννοείς ότι ο υπολογισμός θερμικών φορτίων που στηρίζεται κυρίως σε υπολογισμό της θερμότητας που μεταφέρεται μέσω της εξωτερικής επιφάνειας, δεν είναι σωστός;

 

Φανταστείτε να τον γνωρίζουν και να μην τον διδάσκουν σε αρχιτέκτονες, πολιτικούς, μηχανολόγους κ.λ.π. μηχανικούς.

Και ότι πιθανώς υπάρχει κάποιος άλλος τρόπος υπολογισμού που οι καθηγητές τον γνωρίζουν αλλά δεν τον λένε;

[Παπαγεωργίου]

Η θερμική ισχύς που μεταφέρεται μέσο ενός τοίχου είναι διαφορετική για κάθε τοίχο, διότι εξαρτάται από τα υλικά κατασκευής του. Π.χ. σχεδόν ποτέ το μπετόν δεν είναι ίδιο. Σε κάθε τοίχο πρέπει να γίνει μια μέτρηση και τα δεδομένα να μεταφερθούν στις εξισώσεις.

 

Επειδή όμως σε ένα κλειστό (κατά παραδοχή) σύστημα δεν ανταλλάσσεται μάζα (η μάζα είναι το φορτίο) αυτό που αλλάζει είναι η τάση (Ε = m U--> ΔΕ = m ΔU).

 

Χωρίς την κατανόηση της τάσης (πίεσης και θερμικής) δεν είναι δυνατόν να υπολογίσει κανείς το θερμοδυναμικό ισοζύγιο, παρά μόνο να το πλησιάσει με στατιστικά δεδομένα (λογισμικά προγράμματα).

 

Όμως η παραμικρή απόκλιση του συντελεστή απωλειών, οδηγεί σε τρομερές διαφορές, διότι πολλαπλασιάζεις με τετραγωνικά και διαφορά θερμοκρασίας!

 

Κώστα για την διοργάνωση σχετικού σεμιναρίου μπορείς να βοηθήσεις;

[CostasV]

Μα το ίδιο το φόρουμ μπορεί να είναι το καλύτερο σεμινάριο, για την ακρίβεια webminar ! Και μέχρι στιγμής το έχουν παρακολουθήσει περίπου 50 μέλη (χώρια τους επισκέπτες)...

 

Τώρα σχετικά με την ερώτηση που έκανα , δηλαδή "εννοείς ότι ο υπολογισμός θερμικών φορτίων που στηρίζεται κυρίως σε υπολογισμό της θερμότητας που μεταφέρεται μέσω της εξωτερικής επιφάνειας, δεν είναι σωστός; ", δεν έχω καταλάβει την απάντηση που έδωσες.

 

Η θερμική ισχύς σαφώς και είναι διαφορετική για κάθε τοίχο.

Σε κάθε τοίχο πρέπει να γίνει μια μέτρηση και τα δεδομένα να μεταφερθούν στις εξισώσεις.

 

Αυτό ακριβώς έχει γίνει. Εχουν γίνει πειραματικές μετρήσεις σε κάθε στοιχείο του τοίχου (τούβλα, μονωτικά, σοβάδες κτλ), και αυτές οι μετρήσεις χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της απωλεσθείσας θερμότητας.

 

Τι εννοούσες λέγοντας :

... όχι στατιστικά δεδομένα απωλειών, που δεν είναι δυνατόν να ισχύουν για κάθε κατασκευή π.χ. τοίχου

και

Φανταστείτε να τον γνωρίζουν και να μην τον διδάσκουν σε αρχιτέκτονες, πολιτικούς, μηχανολόγους κ.λ.π. μηχανικούς