Открытые термодинамически системы — КиберПедия 

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...

Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...

Открытые термодинамически системы

2017-12-12 203
Открытые термодинамически системы 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

Как уже отмечалось, граница открытой системы проницаема для потока массы вещества. Например, через турбину (рис.1-3) или компрессор проходит поток пара или газа. Соответственно имеются входное и выходное отверстия. Собственно системой является та масса рабочего тела, которая в данный момент находится внутри турбины или компрессора, т.е. между входным и выходным фланцами. Очевидно, что именно на участках этих фланцев граница системы проницаема для потока рабочего тела.

Рис.1-3. Схематичное изображение открытой системы с вращающимся лопаточным устройством - ротором, воспринимающим и передающим техническую работу от потока рабочего тела, например, к электрогенератору.

 

Границы системы на входе и выходе пара обозначена пунктирной линией, через которую перемещается поток пара. Заметим при этом, что объем самой открытой системы не изменяется (при стационарном режиме) в отличие от закрытой системы с перемещающимся поршнем. Поэтому работа, совершаемая открытой системой, имеет другой смысл и определяется иначе, чем в закрытой системе, изменяющей объем. Например, в паровом котле вода, испаряясь, увеличивается в объеме почти в тысячу раз, совершая вследствие этого, безусловно, большую работу сил давления. Однако с точки зрения наблюдателя стоящего рядом с котлом, сам паровой котел своего объема не меняет и, понятно, какой-либо видимой, технической работы не совершает. Напротив, ротор турбины или воздуходувки совершает именно техническую работу.

Техническая работа – это одна из составляющих энергетического баланса открытой системы. Для стационарных процессов другими составляющими энергобаланса, наряду с технической работой LТЕХН, являются потоки энергии НВХ и НВЫХ, проходящие через входной и выходной фланцы, и тепловой поток Q через стенку, как это иллюстрируется рис.1-3. Потоки энергии, проходящие через фланцы вместе с массой рабочего тела, представляют собой энтальпию. Они включают в себя, во-первых, внутреннюю энергию u одного кг перемещенной массы рабочего тела, во-вторых, так называемую работу проталкивания pv, с которой неизбежно сопряжено продавливание 1 кг массы через отверстие.

Как мы уже знаем, удельная энтальпия равна

h =.u+pv,

соответственно энтальпия произвольной массы рабочего тела

H = U + pV.

Здесь Н, кДж - энтальпия потока рабочего тела на входе в систему (НВХ) и на выходе, в плоскости выходного фланца (НВЫХ).

Для технической работы вводится специальное обозначение:

LТЕХН - при перемещении массы m рабочего тела,

lТЕХН,- при перемещении 1 кг рабочего тела через систему.

С учетом принятых обозначений и схемы на рис.1-3 энергетический баланс стационарного процесса в открытой системе выражается равенством (его называют первым законом термодинамики для стационарного потока)

Q = H2 -H1 + LТЕХН (1-7)

В пересчете на перемещение 1 кг рабочего тела (m = 1) через открытую равновесную систему в стационарном режиме

q = h 2 - h1 + lТЕХН, (1-7а)

где h1, h2 - удельные энтальпии рабочего тела на входе и выходе из открытой системы, q, lТЕХН - значения теплопритока и технической работы, отнесенные к 1 кг рабочего тела, протекающего через открытую систему.

Техническую работу равновесного потока рабочего тела устанавливают по термодинамическим параметрам рабочего тела, протекающего через машину или аппарат. Выведем эту формулу.

Исходя из формулы (1-7а) первого закона для стационарного потока удельная техническая работа равна

lТЕХН=q - hВЫХ+hВХ.

С учетом определения энтальпии (h = u+рv) получим

lТЕХН=(q - uВЫХ + uВХ) - ((рv)ВЫХ-(pv)ВХ).

Согласно формуле первого закона (1-3) и работы для равновесных процессов первое выражение в скобках есть работа сил давления, соответственно получаем выражение

lТЕХН= p dv - (pv)ВЫХ+ (pv)ВХ = - v dp.

Правая часть равенства определяется через формулу т.н. интегрирования по частям. Таким образом, аналитическое выражение для технической работы стационарных равновесных потоков рабочего тела:

lТЕХН= - v dp, dlТЕХН= - v dp. (1-8)

Полученная формула сразу же показывает, что техническая работа равновесных изобарных (p=const, или dp=0) процессов равна нулю.

Упражнение. Проведите в рv-диаграмме линию изобарного процесса, то есть процесса, совершаемого теплоносителем в теплообменнике, и убедитесь, что площадь, выражающая величину технической работы, обращается в нуль.

 


Поделиться с друзьями:

Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...

История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...

Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...

Индивидуальные очистные сооружения: К классу индивидуальных очистных сооружений относят сооружения, пропускная способность которых...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.01 с.