Theoretical bounds for performance measures of thermodynamical systems are
investigated under conditions of finite times and rates of processes using
endoreversible models. These models consist of reversible operating
sub-systems which exchange energy via generally irreversible interactions.
Analytical and numerical calculations are performed to obtain performance optima
and respective optimized process and design parameters for four model systems.
A heat engine where the heat transfer between the working fluid and heat reservoirs
is described by generalized, polytropic process is optimized for
maximum work output. Thermal efficiencies, optimal values for temperatures and
process times of the heat transfer processes are determined.
A model of a generalized system suited to describe the operation of heat
engines, refrigerators, and heat pumps is optimized with respect to thermal
efficiency. Several examples illustrate how the results of the analysis are
used to allocate financial resources to the heat exchanger inventory in
an optimal way.
A power-producing thermal system which exchanges heat with several heat
reservoirs via irreversible heat transfer processes is analyzed to find the
optimal contact times between the working fluid and each of the reservoirs.
The piston motion of a Diesel engine is optimized to achieve maximum work
for a given amount of fuel. The endoreversible model of the Diesel engine
accounts for the temporal variations of the heat produced by the combustion
process, the basic flow pattern within the engine's cylinder, the
temperature dependence of the viscosity, thermal conductivity, and heat
capacity of the working fluid and losses due to friction and heat leak
through the cylinder walls. / Theoretische Grenzen für verschiedene Leistungsmerkmale von
thermodynamischen Systemen werden unter der Bedingung endlicher Zeiten und
Prozessraten im Rahmen endoreversibler Modelle untersucht. Diese Modelle
bestehen aus reversiblen Subsystemen, welche über allgemein irreversible
Wechselwirkungen Energie austauschen.
Analytische und nummerische Berechnungen quantifizieren diese Grenzen und
liefern optimale Prozess- und Konstruktionsparameter für vier Modellsysteme.
Für eine auf maximale Ausgangsarbeit optimierte Wärmekraftmaschine, bei der
die Wärme zwischen Arbeitsmedium und Wärmereservoirs während allgemeiner
polytroper Zustandsänderungen des Arbeitsmediums übertragen wird, werden
optimale Temperaturen und Zeiten für die Wärmeübertragungsprozesse sowie die
thermischen Wirkungsgrade bestimmt.
Für ein wirkungsgrad-optimiertes Modell eines verallgemeinerten thermischen
Umwandlungssytems, das sowohl Wärmekraftmaschinen, Kühler und Wärmepumpen
beschreibt, wird die optimale Verteilung von Investitionskosten auf die
Wärmetauscher ermittelt und die Anwendung der allgemeingültigen
Ergebnisse anhand mehrerer Beispiele demonstriert.
Für eine Wärmekraftmaschine mit mehreren Wärmereservoirs wird bestimmt,
welche der Wärmereservoirs wie lange kontaktiert werden müssen, um eine
maximale Ausgangsarbeit zu erzielen.
Für einen Dieselmotor wird die Kolbenbewegung so optimiert, dass bei
gegebener Treibstoffmenge eine maximale Ausgangsarbeit erzielt wird. Das
endoreversible Modell des Dieselmotors berücksichtigt die
Temperaturabhängigkeit der Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und Viskosität
des Arbeitsfluids, die Zeitabhängigkeit des Verbrennungsprozesses sowie
Reibungs- und Wärmeverluste.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa.de:bsz:ch1-200300012 |
| Date | 08 January 2003 |
| Creators | Burzler, Josef Maximilian |
| Contributors | TU Chemnitz, Fakultät für Naturwissenschaften, Prof. Dr. Karl Heinz Hoffmann, Prof. Dr. Michael Schreiber, Prof. Dr. Bjarne Andresen |
| Publisher | Universitätsbibliothek Chemnitz |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf, text/plain, application/zip |
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