Анализ элементов синтеза энергии



 

Флуктуации значений частиц приводят к необходимости рассмотрения элемента объекта с использований сглаженных распределений в состоянии локального равновесия.

Функции состояния главного меридиана определяются в состоянии локального равновесия (равновесия в малых объемах среды, содержащих большое число частиц).

Предполагается, что термодинамические параметры элемента системы  и массовая скорость (средняя скорость переноса массы) мало изменяется за время  и на расстоянии  (рассматривается гидродинамический этап релаксации).

По экспериментальным значениям поведения элементов тела (главного меридиана) рассматриваются:

конфигурация элемента в потоке (без ограничений изменения формы элемента);

элемент тонкостенной сферической оболочки постоянной геометрической формы.

Тонкостенная сферическая оболочка для мало деформируемого состояния (hard) относится к консервативным системам в состоянии термодинамического равновесия.

Функции состояния главного меридиана для начальных значений управляющего параметра (конфигурация элемента) и элемента тонкостенной оболочки в потоке воздуха определяются соотношениями, приведенными в таблице 2.1.

Функции состояния для начального управляющего параметра  определяются в виде:

 

 

 


где: - полная механическая, кинетическая и потенциальная энергии;

 - внутренняя энергия;

 - свободная энергия;

 - энтропия;

 - гидродинамическая скорость;

 - функция распределения координат и импульсов;

 - постоянная Больцмана.

Функции состояний и виды энергии (по экспериментальным значениям) с целью исключения влияния массы определены для .

Оценка состояния системы соответствует значениям конструктивных коэффициентов:

конструктивный коэффициент, принимаемый в соответствии с требованиями классической физики и термодинамики:

 

;

 

конструктивный коэффициент, связанный упорядоченной энергией системы в целом, определяемый требованиями энергодинамики:

 

;

 

отношение конструктивных коэффициентов (определяет долю полной механической энергии в упорядоченной энергии системы):

 

 

где: - полная механическая энергия системы, изменение которой принимается в настоящее время для расчета действия внешних сил.

В соответствии с принятыми в настоящее время методиками расчета напряженно-деформированного состояния объектов внешние силы вызывают внутренние силы им противодействующие.

При умножении максимального значения внутренних сил на произведение коэффициентов безопасности получаем расчетное значение сил в сечении объекта.

- полная энергия системы;

- упорядоченная энергия системы в целом;

Поток воздуха АДТ, действуя на участок поверхности тела (оболочки), производит работу, измеряемую скалярным произведением вектора результирующей силы  на перемещение участка  объекта приложения:

 

 

где: - неполный дифференциал работы внешних сил.

Элементарные силы  вызывают перемещения  частиц  сорта, т.е. изменяют положение радиус-вектора  совокупности  объектов приложения элементарных сил. Такую работу в технической термодинамике принято считать полезной, внешней или технической. В общем случае внешнюю работу совершают не только технические устройства, но и другие устройства (например, химические) в составе системы. Поэтому работу под действием внешних сил считают упорядоченной работой . Под действием необратимых процессов (трение, диффузия, изменения структуры и порядка) происходят векторные преобразования, которые также относят к упорядоченной работе. Работы внешних сил и часть векторная часть работ внутренних сил составляют упорядоченную энергию. Иногда считают, что эта часть энергии определяет работоспособность системы.

Для главного меридиана тонкостенной оболочки с бесконечно малыми значениями перемещений (постоянной формы):

распределения форм энергии представлены на Рис.3.1;

распределения конструктивных коэффициентов (аналог коэффициента добротности) представлены на Рис.3.2.

Из диаграмм Рис.3.1 следует, что полная механическая энергия (красная линия на Рис.3.1) не определяет функцию состояния системы. В нормативных источниках (например, в [6]), коэффициент надежности по ветровой нагрузке рекомендуется принимать равным дискретному значению, . Дискретное значение не учитывает флуктуации потока.

Отношение  или  не соответствует рекомендованному нормами коэффициенту надежности нагрузки, поэтому при расчете прочности и деформативности по нормативным источникам имеется вероятность разрушения.

Диаграммы критериальных конструктивных отношений для малодеформируемой поверхности тела в потоке - однородные.

Тонкостенная сферическая оболочка для состояния с конечными значениями перемещений (soft), сопоставимых с геометрическими параметрами тела (конфигурация точек), относится к неконсервативным системам (открытым системам) в квазистационарном состоянии. В случае значительных изменений формы элемента его состояние определяется коллективными процессами конфигурации. Распределения форм энергии представлены на Рис.3.3. Распределения конструктивных коэффициентов (аналог коэффициента добротности) представлены на Рис.3.4.

Характер изменения конструктивных коэффициентов в случае рассмотрения конфигурации частиц Рис. 3.4 существенно отличается от изменений конструктивных коэффициентов Рис.3.2 определенных для случая материальных точек и материального тела.

В процессе изменения формы система приобретает новые свойства, не присущие входящим в нее объектам (эмерджентность). Система откликается на внешнее воздействие как целое. Элементы системы действуют согласовано, обнаруживая свойства, не присущие отдельной частицы в составе объекта. В результате возникает когерентность (согласованное поведение частиц и элементов, приводящее к самоорганизации). Когерентность связана с нелинейным поведением системы. Когерентные эффекты возможны вдали от равновесия, и когерентность можно считать механизмом сборки, объединения частиц и подсистем объекта в единую систему и образования нового порядка (когерентность коллективного состояния) и структуры.

Диаграммы критериальных конструктивных отношений для деформируемой поверхности тела в потоке - неоднородные. Отличие диаграмм  заключается в полноте учета форм энергии.

В настоящее время принято считать, что работоспособность системы определяется полной механической энергией элемента системы (главного меридиана).

Результаты экспериментальных исследований показывают, что для оценки работоспособности систем необходимо рассматривать полную энергию элемента системы. Для обеспечения надежности системы в течение срока службы необходимо для расчета прочности и деформативности частиц, элементов и системы в целом рассматривать полную энергию системы в составе упорядоченной энергии, неупорядоченной энергии и внутренней энергии системы.

Подход к анализу данных экспериментальных исследований, использованный для оценки поведения системы в потоке, должен применяться для исследований:

любых видах воздействий (снеговых, ветровых, тепловых, жидкостных, электромагнитных и т.п.) с учетом порядка механизма воздействия и необратимости;

систем с учетом необратимости во времени для любых состояний;

процессов подвода и вывода видов энергий с разделением энергий на упорядоченные и неупорядоченные;

внутренних механизмов, которые заставляют «работать» на макроуровне все виды микроэффектов.

Внешние факторы (и управляющие параметры) только создают критическую ситуацию. Самоорганизуют же систему параметры порядка и флуктуации.


Дата добавления: 2021-04-24; просмотров: 13; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!