Wat is thermodynamische analyse?
Thermodynamische analyse wordt door ingenieurs gebruikt om te evalueren hoe energie de prestaties van mechanische systemen beïnvloedt. Het maakt gebruik van wiskundige modellen om de effecten te bepalen van verschillende energie-inputs en enkele van de energie-outputs die het gevolg zijn van de werking van een machine. Ingenieurs ontwikkelen modellen om de variabelen te illustreren die een directe invloed hebben op de energiecyclus van het systeem. Veel voorkomende systemen die worden geëvalueerd met een thermodynamische analyse zijn verbrandingsmotoren en stoomcycli.
Onderdeel van een thermodynamische analyse onderzoekt hoe energie door een mechanisch systeem beweegt, zoals een motor. Het verklaart hoe die energie ervoor zorgt dat het systeem werkt. De verbrandingsmotor van een voertuig, de energie die wordt geproduceerd door het verbranden van benzine, werkt bijvoorbeeld samen met de onderdelen van de motor, waardoor het vermogen wordt geproduceerd dat nodig is om de auto of vrachtwagen in beweging te houden. De thermodynamische analyse probeert uit te leggen hoe dit proces werkt.
Bij verschillende energie-invoerwaarden kan thermodynamische analyse worden gebruikt om de prestatiebereiken van een mechanisch systeem te bepalen. Wiskundige modellen worden gebouwd om bepaalde parameters of wetten vast te stellen. In eenvoudige bewoordingen leggen deze modellen uit hoe als "x" hoeveelheid energie in het systeem wordt gestopt, deze op "y" niveau zal presteren. Potentiële responsen worden ook gemeten in een thermodynamische analyse om de prestatielimieten van systemen te bepalen.
Het analyseproces valt uiteen en isoleert de verschillende energiebronnen die een systeem nodig heeft om stroom te produceren. Het onderzoekt hoe die energiebronnen met elkaar omgaan bij elke stap van het proces. Opnieuw gebruikmakend van het voorbeeld van een automotor, zou elk belangrijk element van het systeem - zoals benzine, druk en temperatuur - worden gescheiden en zou worden bepaald op welk punt bepaalde elementen en interacties verschillende reacties in de motor zouden veroorzaken. Ingenieurs weten bijvoorbeeld dat wanneer de benzine wordt opgewarmd, die wordt geactiveerd door het ontstekingsproces van de auto, deze uitzet en brandt om het voertuig de mogelijkheid te geven om te bewegen.
In een thermodynamische analyse worden de prestaties van een mechanisch systeem meestal gekenmerkt als een proces dat in specifieke stappen wordt gescheiden. Hoewel de afzonderlijke stappen meestal op elkaar voortbouwen, wordt elke stap onderzocht om te bepalen hoe deze bijdraagt aan de werking van het systeem en of het direct van invloed is op de hoeveelheid stroom die het systeem genereert. Uit deze processtappen ontwikkelen ingenieurs een waarschijnlijk wiskundig model dat kan worden gebruikt om de prestaties te voorspellen.
De wiskundige modellen die ingenieurs ontwikkelen, zijn afhankelijk van het type mechanisch systeem dat wordt geëvalueerd. De meeste omvatten algebraïsche vergelijkingen, omdat een thermodynamische analyse vaak een reeks bekende en onbekende variabelen behandelt. Verschillende vergelijkingen kunnen worden gemaakt om de interdynamiek van het mechanische systeem en zijn krachtbronnen te verklaren.