Эткин В. А.: другие произведения.

Annotation and Introduction (Аннотация и введение)

"Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Конкурсы романов на Author.Today
Загадка Лукоморья
 Ваша оценка:

P>V.A. Etkin .  THERMOKINETICS (Synthesis of Heat Engineering Theoretical Grounds). 2nd Ed., USA, 2009, 334 p.


The book calls attention to a method of describing and investigating various physicochemical processes in their inseparable link with the heat form of energy. The method is based on the law of energy conservation and free of hypotheses and postulates.

All the basic principles, laws and equations of equilibrium and non-equilibrium thermodynamics, heat- and mass-exchange theory, thermo-economics and thermodynamics of finite-time processes are here derived from this method as particular cases.

The book considers also with much attention phenomena at the interfaces between heat engineering and other engineering disciplines, elaborates new applications of the energy transfer and conversion theories, as well as analyzes paralogisms arising in thermodynamics due to its inconsistent extrapolation.

The book is intended for researches, engineers and university students keen-set for updating, extension and integration of knowledge in heat engineering disciplines. It may be useful also for a wide audience interested in issues relating to perfection of the modern natural science conceptual frameworks.

334 p.  Fig. 36. Ref. 265.



No sooner had the heat theory appeared, it immediately bifurcated into two branches. In 1822 a known J. Fourier"s work appeared, which laid the foundation of the heat transfer theory; in 1824 not less famous S Carnot"s work laid the foundation of thermodynamics. Both works were based on the afterward-rejected theory of thermogen as the indestructible fluid, both considered temperature as some potential which gradient conditioned the heat transfer direction or conversion of heat into ordered forms of energy. However, both branches mentioned developed quite independently without any points of contacts. Their difference showed up not only in terminology, but it rather rooted in a basic methodological nature. Carnot-Clausius" thermodynamics maintained aloofness from the transfer ideas and the heat exchange rate concept. The heat exchange theory, on the contrary, had nothing to do with the conversion of heat into other forms of  and considered entropy as an extraneous concept. The so "fancy separation of two branches within the same area in macroscopic physics" (to K. Denbigh"s locution) was too hard to be overcome by the TIP as well. Even today the definition of heat concept remains different in thermodynamics and the heat exchange theory. In thermodynamics this is the part of  exchange caused by exclusively the temperature difference between bodies and not associated with substance exchange between them (Thermodynamics. Terms, 1973). The heat exchange theory, on the contrary, considers heat as the part of internal  associated with random motion (because a system can exchange just what it has) and studies, along with heat conductivity, the heat transfer carried out by substance and enabled by heterogeneity of the fields of other physical values (Heat Transfer. Terms, 1980). Such a situation demands searching more cardinal means to unify the two said fundamental disciplines.

Further, the growing comprehension of the fundamental role the rate and productivity play in real processes as one of the basic indices of their efficiency gave rise to two new branches in thermodynamics of the XX century called thermodynamics of irreversible processes (TIP) (Onsager, L., 1931; Prigogine I., 1947, 1955; Casimir H., 1945; Denbigh K., 1951; De Groot S., 1952, 1962; Meixner I., 1954; Gyarmati I., 1960, 1970; Haase R., 1962, et al) and finite-time thermodynamics (Curson F., Ahlborn B., 1975; Rubin M., 1979, 1980, 1983; Andresen B., Salamon P., Berry R., 1977, 1980, 1982, 1984; Band Y.B., Kafri O., 1981; Rozonoer L., Tsirlin A., 1983; Linden C., 1992, et al), respectively. The first of the branches involves time as physical parameter introduced into the thermodynamic equations and a new macrophysical method developed on this basis for investigating kinetics of interrelated transfer phenomena. This branch has enriched the theoretical conception of the XX century with a number of new principles of general-physics meaning (including those of linearity, reciprocity, minimal entropy generation) and evidently contributed into cognition of the in-depth interrelations between dissimilar phenomena. However, TIP basing on the entropy rise law is restricted to investigating dissipative processes such as thermal conduction, electrical conduction, diffusion, as well as effects of their superposition, but has nothing to do with the issues of productivity of  useful conversion processes which are the principal object of thermodynamics. As a result, the broadest spectrum of irreversible processes with a relative efficiency above zero appeared to have fallen beyond cognizance of this theory. The second branch, on the contrary, sets as a top-priority task the definition of the conditions to achieve maximum useful  of cyclic heat engines with due consideration given to the irreversibility of heat exchange processes and finite-time contact between a working media and heat wells and sinks. Within the frames of this theory the problem has been posed for the first time and in the most general form about the relation between the capacity (productivity) of engineering systems and their thermodynamic efficiency, as well as about the critical capabilities of irreversible processes. However, this theory in its existing configuration is restricted to units wherein the operation at maximum power conditions is economically most advantageous. Though the spectrum of such units is broad enough (includes nuclear power plants, renewable  plants, space vehicle power plants, etc), it does not include a number of power and process units wherein maximum of their efficiency does not correspond to maximum power. In this context a necessity arises to synthesize the said branches and create on this basis thermokinetics as a unitary theory of rate and productivity pertaining to  transfer and conversion processes, which would cover the entire spectrum of real processes and occupy the same position relative to the classic theory of heat engines as dynamics to statics.

The necessity to create a division of thermodynamics supplementing the classic theory of heat engines with the analysis of interrelation between thermodynamic efficiency and productivity (net capacity) of various kinds of  converters (cyclic and non-cyclic, heat and non-heat) is dictated by logic of the development in many fields of knowledge. Kinetics of  useful conversion processes is a concern to not only power engineering and power processing wherein these processes are principle. The thermodynamic investigation of biological systems is also impossible without catering for work supporting the non-equilibrium state of such systems and providing their vital activity. The application of thermodynamics to cosmological objects that develop, according to current ideas, bypassing equilibrium would also be incomplete without work considered as ordered form of  exchange. This refers to also antirelaxation phenomena observed under regular conditions at superposition of dissimilar irreversible processes (superposed when running simultaneously in the same spatial areas) and studied by synergetics.

The practicability to revise the grounds of thermokinetics in this case is dictated by the well explainable wish to avoid application of whatever hypotheses and postulates preventing TIP from achieving the completeness and rigor incident to the classic thermodynamic method. The acuteness of the problem intensifies with the necessity to overcome the certain restriction of the theory of irreversible transfer processes to linear systems and states close to equilibrium.

The thermodynamic theory of real processes of  transfer and conversion in spatially heterogeneous media offered to the reader features a system approach to the theory construction (from the whole to the part), the exclusion of whatever hypotheses or postulates from theory grounds (like the "local equilibrium principle" or the "beginnings" of the classic theory of heat engines) and the negation of the traditional idealization of processes (their "quasi-static character" and "linearity", ideal character of cycles and their working media, etc). This theory is based on exclusively the empirical facts that underlie the law of  conservation and the  representation in terms of state parameters of systems under investigation. All other information about an object under investigation thermokinetics attributes to uniqueness conditions. The phenomenological and deductive theory of such a kind keeps undisturbed the key advantage of the classic thermodynamic method, viz. the immutable validity of its consequences. This is confirmed in the book by the fact that all the basic principles, laws and equations pertaining to equilibrium and non-equilibrium thermodynamics, as well as to the heat-mass exchange theory, which have gained multiple experimental verifications - all have been therein obtained as particular cases of thermokinetics under adequate uniqueness conditions. This allows, on its base, not only to correctly interpret various phenomena at the interfaces between thermodynamics and mechanics, physical chemistry, hydrodynamics, electrodynamics, biophysics, astrophysics, economics, etc, but also to predict new effects arising at the superposition of processes these disciplines study. It is significant that such an application of thermodynamics does not require a preliminary study of the above disciplines, neither of statistical physics on which base the TIP key principles have been earlier obtained. This allows a pathbreaking study of phenomena at the interfaces of fundamental disciplines as a unitary academic course of thermodynamics.

Much attention is given in the book to analyze and eliminate the paralogisms arising in thermodynamics from its unreasonable extrapolation beyond the primary concepts of equilibrium and reversibility, as well as to obtain a great number of other nontrivial consequences following from the consideration of spatially heterogeneous media as a unitary non-equilibrium whole. Besides, the book lays the foundations of two new applications of thermodynamics, viz. the theory of similarity and the theory of productivity of  conversion systems, wherein a wide step is made on the way approximating the results of their thermodynamic analysis to reality. 

The book offered to the reader consists of five parts. Part 1 - Methodological Principles of Thermokinetics (Chapters 1, 2) - describes the features of thermokinetics as a single to date scientific discipline free of hypotheses based on exclusively the law of conservation of  and its representation in terms of measurable (or calculable) parameters of non-equilibrium systems being investigated.

While keeping the advantages of thermodynamics as a consistently phenomenological (i.e. exclusively empirical) and strictly deductive (i.e. developing from the general to the special) scientific discipline thermokinetics at the same time excludes from its grounds whatever postulates (like the "beginnings" of classic thermodynamics) and negates the idealization of processes and systems when constructing theory grounds and substantiating theory laws. Whatever simplifying assumptions are admitted here at only uniqueness conditions thermokinetics imports from outside at the final investigation stage when solving particular problems.

Unlike thermodynamics which is substantially thermostatics, thermokinetics as a generalized theory of heat transfer and conversion process rate is built on an extremely general notional and conceptual base not alien to the transfer and real process productivity concepts. The irreversibility of such processes is here catered for by introducing specific spatial heterogeneity parameters varying arbitrarily with relaxation of a system like entropy, but, unlike entropy, varying with also reversible work the system does. A rather simple way to find these parameters if offered, which pioneers the thermodynamic description of spatially heterogeneous systems as a whole.

The major feature of the thermokinetic notional system is that the  is brought back to its simple and clear primordial meaning as a capacity of a system to do work. This is obtained by generalizing the notion of work and defining it as a quantitative measure of a process associated with overcoming any (long-range and short-range, ordered and unordered) forces. The further division of  into its ordered and unordered parts and introducing for those characteristic functions as expressed by various groups of parameters for systems under investigation enabled the quantitative and qualitative description of system order and convertibility of  in various forms. Such a generalization of the thermodynamic method of potentials allowed suggesting  criteria of evolution and partial equilibrium much more informative than entropy and having a body of mathematics for thermokinetics equally applicable for study of processes with any irreversibility degree.

Part 2 - Heat Engineering Fundamentals (Chapters 3-5) - describes the application of mathematical and notional tools of thermokinetics in order to substantiate all basic principles, laws and equations of the heat engineering disciplines - classic and non-equilibrium thermodynamics, as well as the heat- and mass-exchange theory. The methodologically unitary exposition of all mentioned disciplines as consequences from thermokinetics is the most important result of this part. This approach eliminates the historical delimitation of thermodynamics and the heat-exchange theory as expressed in not only terminology and different interpretation of the transfer substrate, but in the methodology of these disciplines as itself. At the same time the book is a pioneer work to provide a consistently thermodynamic (with no recourse to hypotheses, postulates and statistical-mechanical considerations) substantiation of all statements pertaining to the theory of irreversible processes generalizing the heat-exchange theory to the associated phenomena of substance, charge, momentum, etc transfer. Thus a real possibility opens to include this subdivision of thermodynamics - fresh and implying multiple applications - into academic curriculums, which is a telling contribution to solution to the problem of scientific knowledge integration. 

Part 3 - Elimination of Negative Consequences of Thermodynamics Extrapolation (Chapters 6-10) - exposes the contradictions arisen in thermodynamics because of its ungrounded extrapolation beyond the validity of its primary concepts pertaining to equilibrium and reversibility. Here come, in particular, the conclusion of inevitable "jump" of entropy when mixing non-interacting and however poorly distinguishable gases (Gibbs" paradox); the appearance of thermodynamic inequalities when coming on to irreversible processes; the conclusion of violated law of excluded perpetual motion of the second kind in open, spin, relativistic, etc systems; the extension of the ban on environmental heat usage to non-heat  forms conversion; the extrapolation of the entropy rise principle to the Universe resulting in the theory of "heat death" of the Universe; the application of the relativistic transformation to absolute values; the introduction of negative absolute temperature; the substitution of statistical-informational entropy for thermodynamic one; the statement of the heat conversion laws as exclusive; the attempts to apply the theory of dissipative processes to anti-relaxation structuring in biological processes, etc. It is shown here that such deductions are actually paralogisms, i.e. unintended logical errors caused by inconsistent extrapolation of classic thermodynamics. In each case the sources of the difficulties arisen are exposed and the way is pointed out how to overcome them from the positions of thermokinetics.

Part 4 - Further Generalization of Heat Engine Theory (Chapters 11-13) - presents new results obtained from application of thermokinetics to  conversion processes in heat engines. The results include the theory of  conversion processes similarity generalizing the theory of heat engines to non-heat and non-cyclic ones (including the muscular movers of bio-organisms); the theory of engineering systems productivity combining thermodynamics with two new fields of its application, viz. "thermo-economics" and "finite-time thermodynamics". The major result of such an approach is the substantiation of the possibility to use field forms of  differing from its material sources. This opens up new vistas in creating  machines on renewable  sources being now erroneously attributed now to the category of "perpetuum mobile".

The last part (Part 5) of the monograph - Extension of  Transfer Theory Applicability (Chapters 14-16) - generalizes the existing theory of irreversible processes to non-linear systems and states standing far from equilibrium. A new method is offered for investigating multiple thermo-mechanical, thermo-chemical, thermo-electrical, etc phenomena caused by "superposition" of dissimilar transfer processes in poly-variant systems and being of great practical interest. The method neither cumbersome equations of entropy balance nor application of reciprocal relations (violated in non-linear systems) while resulting in simplified transfer laws and further reduction of empirical coefficients they contain. This part also describes the application of thermokinetics to bio-systems exposing a special role of useful  conversion processes in functioning of bio-systems - contrary to the existing ideas of their anti-entropy character.

All the said along with the methodologically unitary exposition of heat engineering fundamentals confirms the uniqueness and heuristic value of thermokinetics as a pro-thermodynamic method of investigating multi-functional systems completely based on system approach.



В.А. Эткин. Термокинетика (синтез теоретических основ теплотехники). Изд. 2-е, переработанное и дополненное.


В книге предлагается термодинамический в своей основе метод описания и исследования кинетики разнообразных физико-химических процессов в их неразрывной связи с тепловой формой движения, названный для краткости термокинетикой. Метод базируется на законе сохранения энергии и свободен от каких-либо гипотез и постулатов. При этом все основные принципы, законы и уравнения термодинамики равновесных и неравновесных процессов, теории тепло-и массообмена, термоэкономики и термодинамики при конечном времени выводятся из термокинетики как её следствия в соответствующих частных случаях.

Значительное внимание уделяется в книге рассмотрению явлений на стыках теплотехники с другими фундаментальными дисциплинами, разработке новых приложений теории и анализу паралогизмов, возникших в термодинамике вследствие её необоснованной экстраполяции.

Книга рассчитана на исследователей, инженеров и студентов высших учебных заведений, стремящихся к расширению знаний в области теплотехнических дисциплин. Она может быть полезной также для широкого круга читателей, интересующимися новыми приложениями термодинамики и проблемами совершенствования концептуальных основ естествознания.

Стр. 343. Рис. 36. Библиогр. 265 наименов.


Едва возникнув, теория теплоты сразу же разделилась на два направления. В 1822 г. появилась известная работа Ж.Фурье, положившая начало теории теплообмена, в 1824 г. - не менее знаменитая работа С. Карно, заложив-шая фундамент термодинамики. Обе эти работы базировались на отвергнутом впоследствии представлении о теплороде как неуничтожимом флюиде, обе рас-сматривали температуру как некий потенциал, разность которого определяет направление переноса теплоты или возможность ее превращения в упорядочен-ные формы энергии. Однако оба указанных направления развива-лись совершенно независимо, не имея никаких точек соприкосновения. Их раз-личие проявлялось не только в терминологии - оно носило принципиальный, методологический характер. Термо-динамике Карно - Клаузиуса были чужды идеи переноса и понятие скорости процесса теплообмена. Теория теплообмена, напро-тив, не рас-сматривала процессы превращения теплоты в другие формы энергии, и ей было чуждо понятие энтропии. Столь 'странное разделение двух направлений одной и той же области макроскопической физики' (по выражению К. Денбига) не смогла преодолеть и теория необратимых процессов. Даже теперь остается различным определение в термодинамике и теории теплообмена самого понятия теплоты. Для термодинамики это часть энергообмена, обуслов-ленная исключительно раз-ностью температур между телами и не связанная с обменом веществом между ними (Термодинамика. Терминология, 1973) Напротив, в теории теплообмена теплота рассматривается как связанная с хаотическим движением часть внутренней энергии (ибо обмениваться можно лишь тем, чем располагает система), и наряду с теплопроводностью изучается процесс переноса тепла веществом, осуществляемый за счет неоднородности полей других физичес-ких величин (Теплопередача. Терминология, 1980). Такое положение обусловливает необходимость поиска более кардинальных путей объединения двух названных фундаментальных дисциплин.

Далее, растущее понимание основополагающей роли скорости и производительности реальных процессов как одного из основных показателей их эффективности привело к возникновению в термодинамике ХХ столетия двух новых направлений, получивших название соответственно термодинамики необратимых процессов (Л. Онсагер, 1931; И. Пригожин, 1947, 1955; Г. Казимир, 1945;  К. Денбиг, 1951; Де Гроот С., 1952, 1962; Ж. Майкснер, 1954; И. Дьярмати, 1960, 1970; P. Хаазе, 1962 и др.) и термодинамики при конечном времени (Curson F.,  Ahlborn B., 1975; Rubin M., 1979, 1980, 1983; Andresen B., Salamon P., Berry R., 1977, 1980, 1982, 984; Band Y.B., Kafri O., 1981; Розоноэр Л.,  Цирлин А., 1983; Linden C., 1992 и др.). Первое из них связано с введением в уравнения термодинамики времени как физического параметра и созданием на этой основе нового макрофизического метода исследования кинетики взаимосвязанных явлений переноса. Это направление обогатило теоретическую мысль ХХ столетия рядом новых принципов общефизического значения (в том числе линейности, взаимности, минимального производства энтропии) и внесло заметный вклад в познание глубинных взаимосвязей разнородных явлений. Однако ТНП, базирующаяся на принципе возрастания энтропии, ограничивается изучением процессов рассеяния типа теплопроводности, электропроводности, диффузии, а также эффектов их наложения, и не затрагивает вопросы производительности процессов полезного преобразования энергии, являющихся главным объектом термодинамики. В результате вне компетенции этой теории оказалась обширнейшая область реальных процессов с относительным КПД выше нуля. Второе направление, напротив, поставило в качестве своей первоочередной задачи выявление условий достижения максимальной полезной мощности циклических тепловых машин с учетом необратимости процессов теплообмена и конечной длительности контакта рабочего тела с источниками и приемниками тепла. В рамках этой теории впервые в наиболее общей форме был поставлен вопрос о взаимосвязи мощности (производительности) технических систем с их термодинамической эффективностью, а также о предельных возможностях необратимых процессов. Однако  эта теория в ее существующем виде ограничена установками, для которых работа в режиме максимальной мощности является экономически наивыгоднейшей. Хотя круг таких установок достаточно широк (он включает атомные электрические станции, установки на возобновляемых источниках энергии, энергоустановки космического транспорта и т.п.), он не включает целый ряд силовых и технологических установок, для которых максимум их эффективности не соответствует максимальной мощности. В связи с этим возникает необходимость синтеза указанных направлений и создания на этой основе термокинетики как единой теории скорости и производительности процессов переноса и преобразования энергии, охватывающей всю область реальных процессов и находящейся в таком же отношении к классической теории тепловых машин, как динамика к статике.

Потребность создания раздела термодинамики, дополняющего классическую теорию тепловых машин анализом взаимосвязи термодинамической эффективности и производительности (полезной мощности) различного рода преобразователей энергии (циклических и нециклических, тепловых и нетепловых) диктуется логикой развития многих областей знания. Кинетика процессов полезного преобразования энергии интересует не только энергетику и энерготехнологию, для которых эти процессы являются основными. Термодинамическое исследование биологических систем также невозможно без учета работы, поддерживающей неравновесное состояние таких систем и обеспечивающей их жизнедеятельность. Приложение термодинамики к космологическим объектам, развивающимся по современным представлениям минуя состояние равновесия, также было бы неполным без учета работы как упорядоченной формы энергообмена. Это относится и к антирелаксационным явлениям, наблюдаемым в обычных условиях при наложении (одновременном протекании в одних и тех же областях пространства) разнородных необратимых процессов и изучаемым синергетикой.

Целесообразность пересмотра при этом оснований термокинетики диктуется естественным стремлением избежать применения каких-либо гипотез и постулатов, из-за которых ТНП не достигает той полноты и строгости, которые свойственны классическому термодинамическому методу. Острота этой проблемы усиливается необходимостью преодолеть известную ограниченность теории необратимых процессов переноса линейными системами и состояниями вблизи равновесия.

 Предлагаемую читателю термодинамическую теорию реальных процессов переноса и преобразования энергии в пространственно неоднородных средах отличает системный подход к построению теории (от целого - к части), исключение из ее оснований каких-либо гипотез или постулатов (типа 'гипотезы локального равновесия' или 'начал' классической теории тепловых машин) и отказ от традиционной идеализации процессов (их 'квазистатичности' и 'линейности', идеальности циклов и их рабочих тел, и т.п.). Эта теория опирается исключительно на опытные факты, лежащие в основе закона сохранения энергии и её представления через параметры состояния исследуемых систем. Все другие сведения об исследуемом объекте термокинетика относит к условиям однозначности. Такого рода феноменологическая и дедуктивная теория возвращает главное достоинство классического термодинамического метода - непреложную справедливость его следствий в рамках применимости упомянутых условий однозначности. Последнее подтверждается в книге тем, что все основные принципы, законы и уравнения равновесной и неравновесной термодинамики, а также теории тепломассообмена, получившие многочисленные экспериментальные подтверждения, получены в ней как частные случаи термокинетики при соответствующих условиях однозначности.  Это позволяет не только давать на её основе правильные объяснения разнообразным явлениям на стыках термодинамики с механикой, физической химией, гидродинамикой, электродинамикой, биофизикой, астрофизикой, экономикой и т.п., но и предсказывать новые эффекты, возникающие при наложении изучаемых этими дисциплинами процессов. Весьма важно, что такое приложение термодинамики не требует глубокого знания основ всех упомянутых дисциплин, а также статистической физики, на базе которой были получены ранее основные принципы ТНП. Это впервые позволяет изучать явления на стыках фундаментальных дисциплин в рамках единого университетского курса термодинамики.

Значительное внимание в книге уделено анализу и устранению паралогизмов, возникших в термодинамике вследствие её необоснованной экстраполяции за рамки исходных концепций равновесия и обратимости, а также получению множества других нетривиальных следствий, вытекающих из рассмотрения пространственно неоднородных сред как единого неравновесного целого. Наряду с этим в книге заложены основы двух новых направлений приложения термодинамики - теории подобия и теории производительности энергопреобразующих систем, в которых делается значительный шаг на пути приближения результатов их термодинамического анализа к реальности.

        Предлагаемая читателю книга состоит из пяти частей. В первой части 'Методологические принципы термокинетики' (главы 1,2) раскрываются её особенности как единственной на сегодняшний день безгипотезной и беспостулативной научной дисциплины, опирающейся исключительно на закон сохранения энергии и её представление через измеримые (или поддающиеся расчету) параметры системы.

      Сохраняя преимущества термодинамики как последовательно феноменологической (т.е. опирающейся исключительно на опыт) и строго дедуктивной (развивающейся от общего к частному) научной дисциплины, термокинетика в то же время исключает из своих оснований какие-либо постулаты (типа 'начал' классической термодинамики) и отказывается от идеализации процессов и систем при построении основ теории и обосновании её законов. Такая идеализация допускается только в условиях однозначности, привлекаемых ею извне на заключительной стадии исследования при решении частных задач.

В отличие от термодинамики, являющейся по существу термостатикой, термокинетика как обобщенная теория скорости процессов переноса и преобразования тепла строится на максимально общей понятийной и концептуальной основе, которой не чужды идеи переноса и  производительности реальных процессов. Явный учет необратимости таких процессов осуществляется при этом введением специфических параметров пространственной неоднородности, самопроизвольно изменяющихся в процессах релаксации системы подобно энтропии, но в отличие от неё изменяющихся и при совершении системой обратимой работы. При этом предлагается весьма простой способ нахождения таких параметров, впервые позволяющих осуществить термодинамическое описание пространственно неоднородных систем в целом.

        Важнейшей особенностью понятийной системы термокинетики является возвращение понятию энергии ее простого и ясного изначального смысла способности системы к совершению работы. Это достигается обобщением понятия работы и её определением как количественной меры процесса, связанного с преодолением любых (дальнодействующих и короткодействующих, упорядоченных и неупорядоченных) сил. Последующее деление энергии на упорядоченную и неупорядоченную части и введение для них характеристических функций, выражающихся различными группами параметров исследуемых систем, сделало возможным количественную и качественную характеристику упорядоченности систем и превратимости различных форм энергии. Такое обобщение термодинамического метода потенциалов позволило предложить энергетические критерии эволюции и частичного равновесия, намного более информативные, нежели энтропия, и получить математический аппарат термокинетики, в равной мере пригодный к исследованию процессов с любой степенью необратимости.

Во второй части 'Теоретические основы теплотехники' (главы 3...5) дается приложение математического и понятийного аппарата термокинетики к обоснованию всех важнейших принципов, законов и уравнений дисциплин теплотехнического профиля: классической и неравновесной термодинамики, а также теории тепло-и массообмена. Наиболее ценным результатом этого раздела является методологически единое изложения всех упомянутых дисциплин как следствий термокинетики. При этом устраняется исторически сложившееся размежевание термодинамики и теории теплообмена, выражающееся не только в терминологии и различном понимании субстрата переноса, но и в самой методологии этих дисциплин. Вместе с тем в книге впервые дается последовательно термодинамическое (не опирающееся на гипотезы, постулаты и соображения статистико-механического характера) обоснование всех положений теории необратимых процессов, обобщающей теорию теплообмена на сопровождающие этот процесс явления переноса различных веществ, заряда, импульса и т.п. Тем самым открывается реальная возможность включения этого нового и имеющего многочисленные приложения раздела термодинамики в учебные программы вузов, что является весомым вкладом в решение проблемы интеграции научных знаний.

В третьей части монографии 'Негативные последствия экстраполяции термодинамики' (главы 6...10) обнажаются противоречия, возникшие в термодинамике вследствие необоснованной ее экстраполяции за пределы справедливости базовых концепций равновесия и обратимости. К ним относятся, в частности, вывод о неизбежном 'скачке' энтропии при смешении невзаимодействующих и сколь угодно мало различимых газов (парадокс Гиббса); возникновение термодинамических неравенств при переходе к необратимым процессам; вывод о нарушении принципа исключенного вечного двигателя 2-го рода в открытых, спиновых, релятивистских и т.п. системах; распространение запрета на использование тепла окружающей среды на процессы преобразования нетепловых форм энергии; экстраполяция принципа возрастания энтропии на Вселенную, приводящая к теории её тепловой смерти; применение релятивистских преобразований к абсолютным величинам, введение отрицательной абсолютной температуры, подмена термодинамической энтропии статистико-информационной, утверждение об исключительности законов преобразования теплоты, попытки применения теории диссипативных процессов к антирелаксационным явлениям структурообразования в биологических системах и т.д. Здесь показывается, что подобные выводы являются в действительности паралогизмами - непреднамеренными логическими ошибками, обусловленными необоснованной экстраполяцией классической термодинамики. При этом в каждом случае вскрываются истоки возникших трудностей и указывается способ их преодоления с позиций термокинетики.

В части четвертой 'Дальнейшее обобщение теории тепловых машин' (главы 11...13) излагаются новые результаты, полученные благодаря приложению термокинетики к процессам преобразования энергии в тепловых машинах. Среди них - теория подобия процессов энергопревращения, обобщающая теорию тепловых машин на нетепловые и нециклические двигатели (в том числе мускульные движители биоорганизмов); теория производительности технических систем, объединяющая термодинамику с двумя новыми областями её приложения - 'термоэкономикой' и 'термодинамикой при конечном времени'. Важнейшим результатом такого подхода является обоснование возможности использования полевых форм энергии, отличных от вещественных источников энергии. Это открывает новые перспективы  создания энергетических установок на возобновляемых источниках энергии, ошибочно относимых в настоящее время к разряду 'вечных двигателей'.

В последней, пятой части монографии 'Расширение сферы применимости теории энергопереноса' (главы 14...16) дается обобщение существующей теории необратимых процессов на нелинейные системы и состояния, далекие от равновесия. При этом предложен новый метод исследования многочисленных термомеханических, термохимических, термоэлектрических и т.п. явлений, обусловленных 'наложением' разнородных процессов переноса в поливариантных системах и представляющих большой интерес в практическом плане. Этот метод не требует составления громоздких уравнений баланса энтропии и применения соотношений взаимности (нарушающихся в нелинейных системах), приводя в то же время к упрощению законов переноса и дальнейшему сокращению содержащихся в них эмпирических коэффициентов. Здесь же дается приложение термокинетики к биологическим системам, вскрывающее особую роль в их функционировании процессов полезного преобразования энергии вопреки существующим представлениям об их антиэнтропийном характере.

Все это наряду с методологически единым изложением теоретических основ теплотехники подтверждает уникальность и эвристическую ценность термокинетики как термодинамического в своей основе метода исследования многофункциональных систем, целиком базирующегося на системном подходе.

 Ваша оценка:

Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
Э.Бланк "Пленница чужого мира" О.Копылова "Невеста звездного принца" А.Позин "Меч Тамерлана.Крестьянский сын,дворянская дочь"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"