Поточный процесс - Flow process

В течение устойчивый, непрерывный При эксплуатации, баланс энергии, применяемый к открытой системе, приравнивает работу вала, выполняемую системой, к добавленному теплу плюс чистая энтальпия добавлен.

Область пространства, ограниченную границами открытой системы, обычно называют контрольный объем. Он может соответствовать или не соответствовать физическим стенам. Удобно определить форму контрольного объема так, чтобы весь поток вещества, входящий или выходящий, происходил перпендикулярно его поверхности. Можно рассматривать процесс, в котором вещество, втекающее в систему и выходящее из нее, является химически однородным.^[1] Затем втекающее вещество выполняет работу, как если бы оно толкало поршень жидкости в систему. Кроме того, система выполняет работу, как если бы она выталкивала поршень жидкости. Через стенки системы, не пропускающие материю, тепло ( $δ Q$ ) и работа ( $δ W$ ) передачи могут быть определены, включая работу вала.

Классическая термодинамика рассматривает процессы для системы, которая изначально и в конечном итоге находится в собственном внутреннем состоянии термодинамического равновесия без потока. Это возможно также при некоторых ограничениях, если система представляет собой массу текучей среды, текущую с постоянной скоростью. Тогда для многих целей процесс, называемый проточным, можно рассматривать в соответствии с классической термодинамикой, как если бы классическое правило отсутствия потока было эффективным.^[2] Для настоящего вводного отчета предполагается, что кинетическая энергия потока и потенциальная энергия подъема в поле силы тяжести не изменяются, и что стенки, кроме входа и выхода вещества, являются жесткими и неподвижными.

В этих условиях первый закон термодинамики для процесса потока гласит: увеличение внутренней энергии системы равно количеству энергии, добавляемой к системе за счет втекающего вещества и нагревания, за вычетом количества, теряемого из-за истечения материи, и в виде работы, выполняемой системой. В этих условиях записывается первый закон потокового процесса:

{ displaystyle mathrm {d} U = mathrm {d} U_ {in} + delta Q- mathrm {d} U_ {out} - delta W ,}

куда $U в$ и $U из$ соответственно обозначают среднее внутренняя энергия вход и выход из системы с текущим веществом.

В этом случае выполняются два типа работы: описанная выше «работа потока», которая выполняется над жидкостью в контрольном объеме (это также часто называют « $PV$ работа ») и« работа вала », которые могут выполняться жидкостью в контрольном объеме на некоторых механическое устройство с валом. Эти два типа работы выражаются уравнением:

{ displaystyle delta W = mathrm {d} (P_ {out} V_ {out}) - mathrm {d} (P_ {in} V_ {in}) + delta W_ {вал} ,}

Подстановка контрольного объема в приведенное выше уравнение резюме дает:

{ displaystyle mathrm {d} U_ {cv} = mathrm {d} U_ {in} + mathrm {d} (P_ {in} V_ {in}) - mathrm {d} U_ {out} - mathrm {d} (P_ {out} V_ {out}) + delta Q- delta W_ {вал} ,}

Определение энтальпия, $ЧАС = U + PV$ , позволяет нам использовать это термодинамический потенциал для совместного учета внутренней энергии $U$ и $PV$ работа с жидкостями для проточного процесса:

{ displaystyle mathrm {d} U_ {cv} = mathrm {d} H_ {in} - mathrm {d} H_ {out} + delta Q- delta W_ {вал} ,}

В течение устойчивое состояние работа устройства (видеть турбина, насос, и двигатель ), любое системное свойство в пределах контрольного объема не зависит от времени. Следовательно, внутренняя энергия системы, заключенной в контрольный объем, остается постоянной, что означает, что $d U резюме$ в приведенном выше выражении может быть установлено равным нулю. Это дает полезное выражение для мощность поколение или потребность в этих устройствах с химической однородностью при отсутствии химические реакции:

{ displaystyle { frac { delta W_ {вал}} { mathrm {d} t}} = { frac { mathrm {d} H_ {in}} { mathrm {d} t}} - { frac { mathrm {d} H_ {out}} { mathrm {d} t}} + { frac { delta Q} { mathrm {d} t}} ,}

Это выражение описано на диаграмме выше.

Поточный процесс - Flow process

Смотрите также

Рекомендации