Источники необратимости

Тепловые потери при конечном разностном теплопереносе (нагрев/охлаждение при (\Delta T>0)). Внутреннее трение и вязкое сопротивление (давление/энтропия растут при течении, турбулентность). Давление/тепловые потери на протечки и утечки масс (перетекание, утечка через зазоры). Адиабатические неравновесные процессы: быстродействие (не квазистатичность), ударные и волновые явления. Тепловые утечки и паразитные потоки (через конструкцию, теплообменники, стенки). Турбулизация и смешение потоков (энтропия генерация при смешивании разнородных потоков). Химические необратимости (горение с неидеальным сгоранием, потери из-за кинетики). Трение в подшипниках, потери на вспомогательные механизмы, трение клапанов, утилиты.

Влияние на выходную работу и эффективность (связь с генерацией энтропии)

Для циклического рабочего вещества баланс энтропии даёт
( \oint \dfrac{\delta Q}{T} + S_{gen} = 0).
При подаче теплоты (Q_H) на уровне (T_H) и отводе (Q_C) при (T_C):
( \dfrac{Q_H}{T_H} - \dfrac{Q_C}{TC} + S{gen} = 0.)КПД цикла:
( \eta = 1 - \dfrac{Q_C}{Q_H} = 1 - \dfrac{T_C}{T_H} - \dfrac{TC S{gen}}{Q_H}.)
Следовательно необратимости снижают КПД на величину (\dfrac{TC S{gen}}{QH}) по сравнению с Карно ( \eta{Carnot}=1-\dfrac{T_C}{T_H}).Потери работы (утраченная полезная работа) равны:
( W{rev}-W{irrev} = TC S{gen}.)
То есть генерация энтропии прямо переводится в эксергетические (полезные) потери.

Наиболее эффективные инженерные приёмы для уменьшения потерь (и краткое почему)

Снижение разности температур при теплообмене: увеличить площадь теплообменников, улучшить конвекцию, уменьшить тепловое сопротивление — уменьшает (\Delta T) и (S_{gen}) при теплообмене. Регенерация/рекуперация тепла: вернуть тепло от отработанного потока в входящий — сокращает потребность в (Q_H) и уменьшает суммарную генерацию энтропии. Интеркуллинг/рехитинг и многоступенчатые компрессоры/турбины: приближает процессы к изоэнтропическим, уменьшает внутр. необратимости и потери при сжатии/расширении. Уменьшение гидравлических потерь: оптимизация трубопроводов, увеличение диаметра, сглаживание переходов, лопаток, снижение турбулентных потерь — снижает диссипацию. Исключение или минимизация дросселирования: замена клапанов/дросселей на рабочие расширительные машины (турбина, регенеративные расширители) — уменьшает необратимые падения давления. Улучшение рабочих машин (повышение изоэнтропической эффективности компрессоров и турбин) — меньше внутренней генерации энтропии. Оптимизация режима сгорания (предсмесь, катализация, управление скоростью реакции): снижает химические необратимости и теплопотери. Изоляция и устранение тепловых утечек: уменьшает ненужные тепловые потоки к холодильнику. Управление скоростью (ближе к квазистатике, где возможно) и плавность процессов: уменьшает динамические необратимости. Использование более высокого (T_H) и/или более низкого (TC) (термодинамическое преимущество) — повышает теоретический предел (\eta{Carnot}), но учесть материалы и дополнительные необратимости при высоких температурах.

Коротко о практическом компромиссе: многие меры (увеличение площади теплообмена, снижение скоростей, более высокие (TH)) имеют цену в габаритах, массе, стоимости и дополнительных потерях (например, больший теплообменник — больше потери давления). Оптимизация требует учитывать уменьшение (S{gen}) и сопутствующие эксплуатационные/стоимостные ограничения.