Η θερμοδυναμική ανάλυση χρησιμοποιείται από μηχανικούς για να αξιολογήσουν πώς η ενέργεια επηρεάζει την απόδοση των μηχανικών συστημάτων. Χρησιμοποιεί μαθηματικά μοντέλα για τον προσδιορισμό των επιπτώσεων διαφορετικών εισροών ενέργειας και ορισμένων από τις εκροές ενέργειας που προκύπτουν από τη λειτουργία μιας μηχανής. Οι μηχανικοί αναπτύσσουν μοντέλα για να απεικονίσουν τις μεταβλητές που έχουν άμεσο αντίκτυπο στον ενεργειακό κύκλο του συστήματος. Τα κοινά συστήματα που αξιολογούνται με αυτόν τον τύπο ανάλυσης είναι οι κινητήρες καύσης και οι κύκλοι ατμού.
Μέρος μιας θερμοδυναμικής ανάλυσης εξετάζει πώς η ενέργεια κινείται σε ένα μηχανικό σύστημα, όπως ένας κινητήρας. Εξηγεί πώς αυτή η ενέργεια προκαλεί την απόδοση του συστήματος. Για παράδειγμα, ο κινητήρας εσωτερικής καύσης ενός οχήματος, η ενέργεια που παράγεται από την καύση βενζίνης αλληλεπιδρά με τα μέρη του κινητήρα, παράγοντας την ισχύ που απαιτείται για να συνεχίσει να κινείται το αυτοκίνητο ή το φορτηγό. Η ανάλυση επιχειρεί να εξηγήσει πώς λειτουργεί αυτή η διαδικασία.
Δεδομένων διαφορετικών τιμών εισροής ενέργειας, αυτή η ανάλυση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό των περιοχών απόδοσης ενός μηχανικού συστήματος. Τα μαθηματικά μοντέλα κατασκευάζονται για να καθορίσουν ορισμένες παραμέτρους ή νόμους. Με απλά λόγια, αυτά τα μοντέλα εξηγούν πώς αν τεθεί ποσότητα ενέργειας «x» στο σύστημα, θα αποδώσει σε επίπεδο «y». Οι πιθανές αποκρίσεις μετρώνται επίσης σε μια θερμοδυναμική ανάλυση για τον προσδιορισμό των ορίων απόδοσης των συστημάτων.
Η αναλυτική διαδικασία διασπά και απομονώνει τις διάφορες πηγές ενέργειας που χρειάζεται ένα σύστημα για να παράγει ενέργεια. Εξετάζει πώς αυτές οι πηγές ενέργειας αλληλεπιδρούν μεταξύ τους σε κάθε βήμα της διαδικασίας. Χρησιμοποιώντας πάλι το παράδειγμα ενός κινητήρα αυτοκινήτου, κάθε κύριο στοιχείο του συστήματος – όπως η βενζίνη, η πίεση και η θερμοκρασία – θα διαχωριζόταν και θα προσδιοριζόταν σε ποιο σημείο ορισμένα στοιχεία και αλληλεπιδράσεις θα προκαλούσαν διαφορετικές αντιδράσεις μέσα στον κινητήρα. Για παράδειγμα, οι μηχανικοί γνωρίζουν ότι όταν η βενζίνη θερμαίνεται, η οποία ενεργοποιείται από τη διαδικασία ανάφλεξης του αυτοκινήτου, διαστέλλεται και καίγεται για να παρέχει στο όχημα τη δύναμη να κινείται.
Σε μια θερμοδυναμική ανάλυση, η απόδοση ενός μηχανικού συστήματος συνήθως χαρακτηρίζεται ως μια διαδικασία που χωρίζεται σε συγκεκριμένα στάδια. Ενώ τα ξεχωριστά βήματα συνήθως βασίζονται το ένα στο άλλο, το καθένα εξετάζεται για να καθοριστεί πώς συμβάλλει στη λειτουργία του συστήματος και εάν επηρεάζει άμεσα την ποσότητα ισχύος που παράγει το σύστημα. Από αυτά τα βήματα της διαδικασίας, οι μηχανικοί αναπτύσσουν ένα πιθανό μαθηματικό μοντέλο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πρόβλεψη της απόδοσης.
Τα μαθηματικά μοντέλα που αναπτύσσουν οι μηχανικοί θα ποικίλλουν ανάλογα με τον τύπο του μηχανικού συστήματος που αξιολογείται. Οι περισσότερες περιλαμβάνουν αλγεβρικές εξισώσεις αφού μια θερμοδυναμική ανάλυση συχνά ασχολείται με ένα σύνολο γνωστών και άγνωστων μεταβλητών. Μπορούν να δημιουργηθούν διάφορες εξισώσεις προκειμένου να εξηγηθεί η διαδυναμική του μηχανικού συστήματος και οι πηγές ισχύος του.