Die thermodynamische Analyse wird von Ingenieuren verwendet, um zu bewerten, wie sich Energie auf die Leistung mechanischer Systeme auswirkt. Es verwendet mathematische Modelle, um die Auswirkungen verschiedener Energieeinträge und einige der Energieabgaben zu bestimmen, die sich aus dem Betrieb einer Maschine ergeben. Ingenieure entwickeln Modelle, um die Variablen zu veranschaulichen, die einen direkten Einfluss auf den Energiekreislauf des Systems haben. Übliche Systeme, die mit dieser Art von Analyse bewertet werden, sind Verbrennungsmotoren und Dampfkreisläufe.
Im Rahmen einer thermodynamischen Analyse wird untersucht, wie sich Energie durch ein mechanisches System, beispielsweise einen Motor, bewegt. Es erklärt, wie diese Energie die Leistung des Systems bewirkt. Beim Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs beispielsweise interagiert die Energie, die durch die Verbrennung von Benzin erzeugt wird, mit den Teilen des Motors und erzeugt die Energie, die das Auto oder den Lastwagen benötigt, um in Bewegung zu bleiben. Die Analyse versucht zu erklären, wie dieser Prozess funktioniert.
Mit dieser Analyse lassen sich bei unterschiedlichen Energieeintragswerten die Leistungsbereiche eines mechanischen Systems ermitteln. Mathematische Modelle werden konstruiert, um bestimmte Parameter oder Gesetze aufzustellen. Einfach ausgedrückt, erklären diese Modelle, wie das System, wenn „x“ Energie zugeführt wird, auf „y“-Niveau arbeitet. Potentielle Reaktionen werden auch in einer thermodynamischen Analyse gemessen, um die Leistungsgrenzen von Systemen zu bestimmen.
Der analytische Prozess zerlegt und isoliert die verschiedenen Energiequellen, die ein System benötigt, um Strom zu erzeugen. Es untersucht, wie diese Energiequellen bei jedem Schritt des Prozesses miteinander interagieren. Wieder am Beispiel eines Automotors würde jedes Hauptelement des Systems – wie Benzin, Druck und Temperatur – getrennt und es würde bestimmt, an welcher Stelle bestimmte Elemente und Wechselwirkungen unterschiedliche Reaktionen innerhalb des Motors auslösen würden. Ingenieure wissen zum Beispiel, dass das Benzin beim Erhitzen, das durch den Zündvorgang des Autos ausgelöst wird, sich ausdehnt und verbrennt, um dem Fahrzeug die Kraft zu geben, sich zu bewegen.
Bei einer thermodynamischen Analyse wird die Leistung eines mechanischen Systems normalerweise als ein Prozess charakterisiert, der in bestimmte Schritte unterteilt ist. Während die einzelnen Schritte typischerweise aufeinander aufbauen, wird jeder einzelne untersucht, um zu bestimmen, wie er zum Betrieb des Systems beiträgt und ob er sich direkt auf die vom System erzeugte Energiemenge auswirkt. Aus diesen Prozessschritten entwickeln Ingenieure ein wahrscheinliches mathematisches Modell, das zur Vorhersage der Leistung verwendet werden kann.
Die von Ingenieuren entwickelten mathematischen Modelle variieren je nach Art des zu bewertenden mechanischen Systems. Die meisten beinhalten algebraische Gleichungen, da sich eine thermodynamische Analyse oft mit einer Menge bekannter und unbekannter Variablen beschäftigt. Es können mehrere Gleichungen aufgestellt werden, um die Interdynamik des mechanischen Systems und seiner Kraftquellen zu erklären.