Nnyocha Entropy na Injinịa Usoro Thermodynamic
N'ihe gbasara injinia, thermodynamics bụ ntọala dị mkpa maka ịghọta otu ike si agagharị ma gbanwee n'ime sistemụ - site na injin ọkụ dị n'ime na turbines uzuoku ruo na compressors na sistemụ refrigeration. Agbanyeghị, ewezuga ngụkọ ike na arụmọrụ dị otu echiche dị mkpa nke na-akọwakarị oke arụmọrụ nke usoro: entropy. Entropy abụghị naanị gbasara "nsogbu" dị mma, kama n'ụzọ teknụzụ, ọ bụ ọnụọgụ nke na-enyere ndị injinia aka inyocha ntụziaka mberede nke usoro, tụọ enweghị ike ịgbanwe agbanwe, ma gbakọọ ọrụ furu efu na sistemụ n'ezie. Isiokwu a na-atụle nyocha entropy na usoro thermodynamic injinia, site na nkọwa ya ruo na ojiji ya na akụrụngwa ụlọ ọrụ mmepụta ihe.
1. Ịghọta Entropy na Ihe Ọ Pụtara n'Ahụ Ya
Na thermodynamics oge gboo, entropy bụ ọrụ steeti nke mgbanwe ya na-akọwa maka usoro a ga-agbanwe agbanwe site na mmekọrịta ahụ:
\[
dS = \frac{\delta Q_{rev}}{T}
\]
ebe \(dS\) bụ mgbanwe na entropy, \(\delta Q_{rev}\) bụ okpomọkụ a na-ebufe n'ụzọ na-agbanwe agbanwe, na \(T\) bụ okpomọkụ zuru oke (Kelvin). Ebe ọ bụ na entropy bụ ọrụ steeti, mgbanwe na entropy dabere naanị na ọnọdụ mbụ na nke ikpeazụ, ọ bụghị na ụzọ usoro. Nke a dị oke mkpa na injinia n'ihi na ọ na-enye ndị injinia ohere ịgbakọ mgbanwe na entropy ọbụlagodi maka usoro n'ezie, nke na-anaghị agbanwe agbanwe, site na iji ụzọ echepụta a na-agbanwe agbanwe n'etiti otu ọnọdụ abụọ ahụ.
Ihe entropy pụtara n'anụ ahụ metụtara ọchịchọ nke usoro ịkwaga n'ọnọdụ nwere ike ime na ọnụọgụgụ, yana nha nke "mgbasa" nke ike. N'ọrụ injinia, a na-ejikarị entropy eme ihe:
1. Chọpụta ma usoro a ọ̀ ga-eme n'onwe ya.
2. Nyochaa ọkwa nke enweghị ike ịgbanwe agbanwe na ịdị mma nke usoro ahụ.
3. Gbakọọ arụmọrụ kachasị elu nke echiche (oke kachasị mma).
2. Iwu nke Abụọ nke Thermodynamics na Entropy Production
Nnyocha nke entropy nwere njikọ chiri anya na Iwu nke Abụọ nke Thermodynamics. Maka sistemụ dịpụrụ adịpụ, entropy anaghị adalata:
\[
\Delta S_{ngụkọta} \ge 0
\]
Maka sistemụ n'ezie, entropy zuru oke gụnyere entropy nke sistemụ na gburugburu ya. Ọ bụrụ na usoro bụ:
– A pụrụ ịgbanwe agbanwe, mgbe ahụ \(\Delta S_{total} = 0\)
– A naghị agbanwe agbanwe, mgbe ahụ \(\Delta S_{total} > 0\)
Isi ihe dị mkpa ebe a bụ mmepụta entropy (\(S_{gen}\)), nke na-anọchite anya entropy "emepụtara" n'ihi ike ndị a na-apụghị ịgbanwe agbanwe dịka esemokwu, nnyefe okpomọkụ n'elu ọdịiche okpomọkụ a na-enweghị njedebe, ngwakọta mmiri mmiri, ọgba aghara, mgbasawanye efu, na mmeghachi omume kemịkalụ na-enweghị nhazi. N'ụdị nguzozi entropy maka sistemụ olu njikwa, enwere ike ide nke a dị ka:
\[
\frac{dS_{cv}}{dt} = \sum \dot{m}_{in}s_{in} – \sum \dot{m}_{out}s_{out} + \sum \frac{\dot{Q}}{T} + \dot{S}_{gen}
\]
na \( \dot{S}_{gen} \ge 0\). Maka ndị injinia, uru nke \( \dot{S}_{gen} \) bụ ihe na-egosi ịdị mma nke usoro: ka ọ na-ebu ibu, otú ahụ ka mfu na-apụta.
3. Entropy na Usoro Thermodynamic Isi
N'ime nyocha injinia, a na-emekarị ka usoro dị ka echiche dị mfe iji mee ka mgbakọ na mwepụ dị mfe. Ụfọdụ usoro bụ isi na mmekọrịta ha na entropy bụ ndị a:
a. Usoro Isothermal (T na-agbanwe agbanwe)
N'ime usoro isothermal a na-agbanwe agbanwe, mgbanwe dị na entropy na-ejikọta kpọmkwem na ntinye/mmepụta okpomọkụ:
\[
\Delta S = \frac{Q_{rev}}{T}
\]
Usoro a dị mkpa maka nyocha nke injin Carnot na ụfọdụ usoro mkpakọ/mgbasawanye na-adị nwayọ nwayọ.
b. Usoro Isentropic (S na-adịgide adịgide)
Usoro isentropic bụ usoro e chepụtara echepụta nke ma adiabatic ma ọ bụ nke a pụrụ ịgbanwe agbanwe. Ọtụtụ ihe ndị dị na injinịa, dị ka turbines, compressors, na nozzles, ka a na-echekarị na ha bụ isentropic iji gbakọọ arụmọrụ zuru oke. N'eziokwu, usoro dị na ihe ndị a dị ihe dị ka adiabatic mana ọ naghị agbanwe agbanwe, yabụ entropy na-abawanye. A na-eji mgbanwe site na omume isentropic akọwapụta arụmọrụ isentropic.
c. Usoro Adiabatic A Na-apụghị Ịgbanwe
N'ime usoro adiabatic n'ezie, enweghị nnyefe okpomọkụ (\(Q=0\)), mana entropy nwere ike ịbawanye n'ihi enweghị ike ịgbanwe agbanwe n'ime:
\[
\Delta S = S_{gen} > 0
\]
Ihe atụ a na-ahụkarị bụ mkpakọ nke gas site na esemokwu na ọgba aghara.
d. Usoro Isobaric na Isochoric
Maka nrụgide na-adịgide adịgide ma ọ bụ usoro olu na-agbanwe agbanwe, enwere ike ịgbakọ mgbanwe entropy site na iji data ihe onwunwe (tebụl uzuoku, tebụl gas zuru oke) ma ọ bụ usoro okpomọkụ kpọmkwem:
- Maka gas kacha mma:
\[
\Delta s = c_p \ln\left(\frac{T_2}{T_1}\right) – R\ln\left(\frac{P_2}{P_1}\right)
\]
ma ọ bụ
\[
\Delta s = c_v \ln\left(\frac{T_2}{T_1}\right) + R\ln\left(\frac{v_2}{v_1}\right)
\]
4. Itinye Nyocha Entropy n'ọrụ na Ngwa Injinịa
a. Turbine na Compressor
N'ime turbine zuru oke, mmụba mmiri na-emepụta ọrụ kachasị elu n'oge usoro isentropic. Ezigbo turbines na-enweta mmụba na entropy n'ihi esemokwu na ọgba aghara, nke na-eme ka ọrụ adịghị mma. A na-akọwakarị arụmọrụ isentropic nke turbine dị ka oke nke ọrụ n'ezie na ọrụ isentropic. N'aka nke ọzọ, na compressor, enweghị ike ịgbanwe agbanwe na-eme ka ihe achọrọ n'ezie ka ọ dị ukwuu karịa nke kachasị mma.
b. Ihe Mgbanwe Okpomọkụ (Ihe Mgbanwe Okpomọkụ)
A na-echekarị na ihe ndị na-agbanwe okpomọkụ anaghị arụ ọrụ ọ bụla ma na-arụ ọrụ n'ọnọdụ kwụsiri ike. Ọ bụ ezie na a na-echekarị na ha na-adị ka adiabatic ma e jiri ya tụnyere gburugburu, mmepụta entropy na-eme n'ihi nnyefe okpomọkụ n'elu ọdịiche okpomọkụ a na-enwebeghị. Nhazi dị mma na-achọ ibelata ọdịiche okpomọkụ mpaghara, belata enweghị ike ịgbanwe agbanwe, na obere \(S_{gen}\).
c. Valvụ mkpọchi
A na-ewerekarị usoro throttling (dịka ọmụmaatụ, na valvụ mgbasa nke friji) dị ka isenthalpic (\(h\) na-adịgide adịgide), mana entropy na-abawanye. Nyocha Entropy na-enyere aka ịghọta na throttling bụ usoro a na-apụghị ịgbanwe agbanwe ma na-ebute mfu nke ọrụ nwere ike ime. Ya mere, na ụfọdụ sistemụ, a na-eji ihe na-agbasa agbanwe ngwaọrụ mgbasa iji nabata ọrụ ma belata enweghị ike ịgbanwe agbanwe, ọ bụ ezie na ọ na-efu nnukwu mgbagwoju anya.
d. Sistemụ Refriji na Ọkụ Ọkụ
N'ime usoro oyi, nyocha entropy na-enyere aka inyocha arụmọrụ compressor, ịdị mma nke usoro condensation/evaporation, na isi mmalite nke enweghị ike ịgbanwe agbanwe nke na-ebelata COP (Coefficient of Performance). Ihe osise \(Ts\) bara ezigbo uru maka ịhụ mmụba nke entropy na usoro mkpakọ na throttling n'ezie.
5. Entropy, Exergy, na Mfu Ọrụ
N'ihe gbasara injinia, a na-ejikọkarị entropy na echiche nke exergy, nke bụ ihe atụ nke ike kachasị elu nke enwere ike ịgbanwe ka ọ bụrụ ọrụ bara uru mgbe sistemụ na-emekọrịta ihe na gburugburu ebe ntụaka. Mfu ọrụ n'ihi enweghị ike ịgbanwe agbanwe metụtara kpọmkwem na mmepụta nke entropy site na:
\[
\dot{W}_{furu efu} = T_0 \dot{S}_{gen}
\]
ebe \(T_0\) bụ okpomọkụ gburugburu. Mmekọrịta a siri ike nke ukwuu: entropy ọ bụla emepụtara na-anọchite anya mfu nke "ike ọrụ." Ya mere, nhazi sistemụ ụlọ ọrụ mmepụta ihe na-elekwasịkarị anya n'ibelata \( \dot{S}_{gen} \) na ihe ndị kachasị mkpa, dị ka compressors, combustors, ma ọ bụ ihe mgbanwe okpomọkụ nwere nnukwu ọdịiche okpomọkụ.
6. Ihe osise Ts dị ka ngwa nyocha
Ihe osise okpomọkụ-entropy (\(Ts\)) bụ ngwa ọrụ anya dị mkpa. Mpaghara dị n'okpuru usoro a na-agbanwe agbanwe na eserese \(Ts\) na-anọchite anya nnyefe okpomọkụ \(Q_{rev}\). Ihe osise a na-eme ka ọ dịrị ndị injinia mfe ịhụ:
– Usoro a ọ na-adịkarị ka ọ ga-agbanwe agbanwe (usoro ahụ "dị mma" ma ọ naghị amụba na entropy).
– Ego ole ka a na-apụghị ịgbanwe agbanwe dị na mkpakọ, mgbasawanye, na mgbakwunye/iwepụ okpomọkụ.
- Ntụnyere nke okirikiri zuru oke na okirikiri ezigbo.
7. Kesimpulun
Nnyocha Entropy na usoro thermodynamic injinia bụ ụzọ dị mkpa isi ghọta ma melite arụmọrụ nke sistemụ ike. Entropy na-enyere aka ijikọ Iwu nke Abụọ nke Thermodynamics na eziokwu nke ubi ahụ: ọ dịghị usoro ọ bụla a pụrụ ịgbanwe agbanwe n'ezie, ihe ọ bụla a na-apụghị ịgbanwe agbanwe na-emepụta entropy ma belata ọrụ nwere ike ime. Site na nguzozi entropy, ndị injinia nwere ike ịchọpụta isi iyi nke mfu, nyochaa arụmọrụ isentropic nke igwe mmiri mmiri, nyochaa ịdị mma nke atụmatụ mgbanwe okpomọkụ, ma jikọta mmepụta entropy na mfu exergy. N'ikpeazụ, ịmụta echiche nke entropy abụghị naanị ihe dị mkpa agụmakwụkwọ kama ọ bụ ngwaọrụ bara uru maka imepụta sistemụ okpomọkụ dị irè karị, dị irè ike, na nke a pụrụ ịtụkwasị obi na ngwa ụlọ ọrụ ọgbara ọhụrụ.
