ترمواکونومیک شاخه­ای از علوم حرارتی می­باشد که از طریق ترکیب تحلیل ترمودینامیکی (اگزرژی) با اصول اقتصاد، اطلاعاتی را در اختیار طراح و یا اپراتور یک سیستم انرژی می­ گذارد که این اطلاعات از طریق روش­های متداول تحلیل ترمودینامیکی و ارزیابی اقتصادی قابل دستیابی نمی­باشند ولی در عین حال برای طراحی و عملکرد یک سیستم به صرفه اقتصادی کاملاً ضروری هستند.

(( اینجا فقط تکه ای از متن 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. ))

ترمواکونومیک برپایه این مفهوم است که اگزرژی (انرژی قابل استفاده سودمند) تنها مبنای منطقی برای تخصیص هزینه­ برهمکنش­های یک سیستم تبدیل انرژی با محیط اطرافش و همچنین منابع ناکارآمدی داخل آن سیستم می­باشد. از آنجایی که ملاحظات ترمودینامیکی در ترمواکونومیک برمبنای مفهوم اگزرژی می­باشد واژه­ های ترمواکونومیک و اگزرژواکونومیک می­توانند بصورت جایگزین استفاده شوند. هرچند که در حالت واقعی اختلافاتی بین این دو مقوله وجود دارد، ولی معمولاً در اکثر مراجع این دو واژه بصورت هم ارز در نظر گرفته می­شوند.
یک تحلیل ترمواکونومیکی کامل از ۴ مرحله تشکیل می­گردد:

1. 1. تحلیل اگزرژی

1. 1. تحلیل اقتصادی

1. 1. هزینه گذاری اگزرژی

1. 1. ارزیابی ترمواکونومیکی

یک تحلیل ترمواکونومیکی معمولاً در سطح اجزای سیستم صورت می­گیرد و به محاسبه­ی هزینه­ های مربوط به تمامی جریان­های انرژی و مواد در سیستم و همچنین هزینه­ های مرتبط با ناکارآمدی­های ترمودینامیکی (تخریب اگزرژی) در داخل هر جز می ­پردازد. مقایسه­ بین هزینه مرتبط با تخریب اگزرژی و هزینه­ سرمایه گذاری یک جز، اطلاعات سودمندی را برای بهبود بخشیدن کارآیی اقتصادی آن جز و کل سیستم، در قالب تغییرات ساختاری در سیستم و یا تغییر در مقادیر پارامترهای طراحی، فراهم می ­آورد.
در بین روش­های موجود، در گام اول روش ارزیابی و بهینه­سازی ترمواکونومیکی تکرار شونده موثرترین راهکار برای بهینه­سازی طراحی یک سیستم می­باشد. بویژه در مواردی که به علت کمبود اطلاعات (مثلاً توابع هزینه) و یا ناتوانی ما برای در نظر گرفتن مناسب فاکتورهای مهم (مانند ایمنی، در دسترس بودن و قابلیت تعمیرات و نگهداری سیستم) در مرحله­ مدلسازی، نمی­ توان از روش­های بهینه­سازی ریاضی استفاده نمود، بکار بردن این روش بسیار سودمند خواهد بود.
اهداف ترمواکونومیک عبارتند از:

• • محاسبه­ی هزینه­ جریان هر یک از محصولات در سیستمی که بیشتر از یک محصول دارد.

• • بهینه­سازی کل سیستم یا یک جز خاص از آن

• • پی بردن به فرایند شکل­ گیری هزینه و جریان هزینه ها در یک سیستم

ترمواکونومیک از نتایج حاصل از شبیه­سازی سیستم­های انرژی و تحلیل های ترمودینامیکی (اگزرژتیکی) و اقتصادی استفاده نموده و اطلاعات مفیدی را برای ارزیابی این سیستم­ها و همچنین بهینه­سازی طراحی و عملکرد آن­ها با بکارگیری تکنیک­های مختلف بهینه­سازی نظیر تکنیک­های ریاضی و هوش مصنوعی فراهم می­ کند.
۳-۲ تحلیل اگزرژی
یک تحلیل اگزرژی مکان، اندازه و همچنین منابع ناکارآمدی ترمودینامیکی در یک سیستم را مشخص می­نماید. این اطلاعات که از طریق دیگری (مثلاً تحلیل انرژی یا قانون اول) قابل دستیابی نمی­باشند برای بهبود دادن راندمان کل و همچنین کارآیی اقتصادی یک سیستم و یا برای مقایسه­ عملکرد سیستم­های مختلف بسیار سودمند می­باشند. همچنین یک تحلیل اگزرژی، اگزرژی هر یک از جریان­ها، مقدار واقعی اتلاف انرژی و یا بعبارتی ناکارآمدی­های ترمودینامیکی (تخریب اگزرژی و اتلاف اگزرژی) و همچنین راندمان اگزرژتیک را برای هر یک از اجزای سیستم تعیین می­نماید. در اینجا بعنوان قرارداد، کاری که بر روی یک سیستم انجام می­گیرد و همچنین حرارت منتقل شده از سیستم منفی و کاری که توسط سیستم انجام می­گیرد و حرارت داده شده به سیستم مثبت در نظر گرفته می­شوند.
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی
اگزرژی عبارت است از حداکثر کار مفید تئوری (کار محوری یا الکتریکی) که می­توان از یک سیستم حرارتی بدست آورد وقتی به حالت تعادل ترمودینامیکی با محیط برده می­ شود و تنها با محیط اطراف خود برهمکنش داشته باشد. یا بطور معادل می­توان گفت اگزرژی عبارت است از حداقل کار تئوری (محوری یا الکتریکی) مورد نیاز برای اینکه یک مقدار از ماده را از حالتی که در تعادل با محیط می­باشد به یک حالت مشخص ببرد. بنابراین می­توان چنین تعبیر کرد که اگزرژی نشان دهنده میزان انحراف حالت یک سیستم نسبت به حالت محیط می­باشد.
محیط یک سیستم بزرگ در حالت تعادل می­باشد که متغیرهای حالت (T₀,P₀) و پتانسیل شیمیایی اجزای شیمیایی موجود در آن هنگامی که در فرآیندهای ترمودینامیکی به تبادل جرم و حرارت با سیستم­های دیگر می ­پردازد، ثابت می­ماند. این نکته مهمی است که هیچ واکنش شیمیایی نمی­تواند بین اجزای شیمیایی محیط صورت گیرد. محیط عاری از هر گونه بازگشت ناپذیری است و اگزرژی محیط برابر صفر می­باشد. محیط درواقع قسمتی از فضای اطراف هر سیستم می­باشد.
در غیاب اثرات هسته ای، مغناطیسی، الکتریکی و کشش سطحی، اگزرژی کل یک سیستم E_sys می ­تواند به چهار جز تقسیم گردد:

(۳-۱)

زیروند sysاگزرژی کلی و اگزرژی فیزیکی را از سایر مقادیر اگزرژی بواسطه شامل بودن انتقال­هایی که مرتبط با جریان­های مواد می­باشد، متمایز می­سازد.
اگزرژی کل به ازای واحد جرم e_sys بصورت زیر خواهد بود:

(۳-۲)

اگزرژی فیزیکی برای یک سیستم ترمودینامیکی بوسیله رابطه­ زیر محاسبه می­گردد:

(۳-۳)

که S و U و V به ترتیب نشان دهنده انرژی داخلی، حجم و آنتروپی سیستم می­باشند. زیروند ۰ بیانگر حالت همان سیستم در دمای و فشار محیط می­باشد.
نرخ اگزرژی فیزیکی که مربوط به جریان جرمی می­باشد و با زیروند ms نشان داده می­ شود عبارت است از:

(۳-۴)