рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Раздел Математика
/
Вид работы: Лекции
/
Уравнение первого закона термодинамики для открытых систем

Реферат Курсовая Конспект

Выберите учебное заведение

Уравнение первого закона термодинамики для открытых систем

Уравнение первого закона термодинамики для открытых систем - Лекция, раздел Математика, Термодинамическая система. Уравнение состояния. ...

Движущееся по каналу рабочее тело образует поток, который представляет собой открытую термодинамическую систему.

Одномерный поток – поток рабочего тела, в котором термодинамические параметры в поперечном сечении имеют постоянное значение, зависящее только от одной координаты, которая определяет положение поперечного сечения в канале.

Стационарный поток – поток, в котором термодинамические параметры в любом сечении потока не зависят от времени. В стационарном потоке выполняется условие неразрывности потока, заключающееся в постоянстве массового расхода рабочего тела в любом сечении:

, (5.1)

где массовый расход рабочего тела (кг/с),

объемный расход рабочего тела (м³/с),

площадь поперечного сечения канала (м²),

линейная скорость потока рабочего тела (м/с),

удельный объем рабочего тела (м³/кг).

Процессы преобразования энергии в потоке рабочего тела широко используются в технике.

Получим уравнение 1-го закона термодинамики для потока газа при следующих допущениях:

- движение газа по каналу установившееся и неразрывное;

- скорости по сечению, перпендикулярному оси канала, постоянны;

- пренебрегается трение частичек газа друг другу и о стенки канала;

- изменение параметров по сечению канала мало по сравнению их абсолютными значениями

Рассмотрим тепломеханический агрегат, в который поступает рабочее тело с параметрами ,,со скоростью . Каждый килограмм рабочего тела может в общем случае получать от внешнего источника (через стенку канала) теплоту и совершать техническую работу , которая отбирается из потока с помощью каких-либо технических устройств.

После этого рабочее тело покидает агрегат с параметрами,,со скоростью . Высота входного и выходного сечений от уровня горизонта составляет соответственно и (м).

К каждому элементарному объему рабочего тела можно применить первый закон термодинамики для закрытых систем в виде:

. (5.2)

Работа расширения рабочего тела в потоке расходуется в следующих направлениях:

а) совершение технической работы при взаимодействии с подвижными стенками агрегата, например, с лопатками рабочего колеса турбины,

б) совершение работы проталкивания рабочего тела от входного сечения к выходному , (5.3)

в) изменение кинетической энергии, равное для 1 кг рабочего тела:

, (5.4)

г) изменение потенциальной энергии, равное для 1 кг рабочего тела:

, (5.5)

д) преодоление сил трения рабочего тела о стенки канала: .

Окончательно:

(5.6)

Работа трения превращается в эквивалентное количество теплоты , которое передается потоку рабочего тела вместе с подведенной теплотой извне. Поэтому общее количество подведенного тепла составляет:

(5.7)

Подставляя (5.3) – (5.7) в (5.2), имеем:

Учитывая, что , получаем:

(5.8)

Взятые в скобки слагаемые можно исключить из этого уравнения. Уравнение (5.8) является выражением первого закона термодинамики для потока рабочего тела.

Теплота, подводимая извне к потоку рабочего тела, расходуется на изменение энтальпии рабочего тела, совершение технической работы и изменение кинетической и потенциальной энергии потока.

В дифференциальной форме уравнение (5.8) имеет вид:

(5.9)

Cравнивая это уравнение с уравнением , получаем:

, (5.10)

или в интегральной форме:

. (5.11)

Здесь - располагаемая работа. В соответствии с (5.11) располагаемая работа – это та часть работы расширения, которая может быть превращена в техническую работу или в кинетическую и потенциальную энергию потока (за вычетом потерь на трение).

Интегрируя выражение , получим:

. (5.12)

Таким образом, располагаемая работа – это работа расширения за выче- том работы проталкивания. Геометрически располагаемая работа выражается площадью между кривой процесса в координатах и вертикальной осью давлений.

Сопловой канал – устройство для увеличения кинетической энергии потока. В сопловых каналах скорости истечения газа или жидкости велики, а длина канала мала. В таких устройствах теплообмен с окружающей средой практически отсутствует, а процесс истечения считается адиабатным (q=0). Технической работы в сопловых каналах не производится =0. Первый закон термодинамики для обратимого адиабатного процесса истечения вещества в сопловом канале будет иметь вид

Развернуть

Открыть в широком формате

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Термодинамическая система. Уравнение состояния.

Термодинамическая система Уравнение состояния... Параметры состояния... Лекция Первый закон термодинамики...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Уравнение первого закона термодинамики для открытых систем

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Параметры состояния системы
Техническая термодинамика изучает закономерности превращения энергии в процессах, происходящих в макроскопических системах, состоящих из большого числа частиц, и свойства тел

Смеси идеальных газов
Смесь идеальных газов, химически не взаимодействующих между собой, называется идеальной газовой смесью. Для идеальной газовой смеси имеет место закон Дальтона:

Первый закон термодинамики
Термодинамический процесс – это изменение состояния системы во времени. Равновесным процессом называется процесс, при котором система переходит из начального состояния в конечное ч

Теплоемкость газов
Под теплоемкостью газа (удельной теплоемкостью) понимают количество тепла, необходимое для нагревания количественной единицы газа (1 кг, 1м3, 1 киломоль) на 10С (или 1 К). В с

Термодинамические процессы идеального газа
Задачей исследования термодинамических процессов является нахождение зависимостей и величин, характеризующих эти процессы: 1) уравнений, описывающих процесс; 2) аналитической взаи

Обобщенная диаграмма политропных процессов.
Для анализа политропных процессов удобно пользоваться обобщенной диаграммой. На ней изображаются все изопроцессы и выделяются области, в пределах которых знаки слагаемых I закона одинаковы.

Круговые процессы (циклы).
В соответствии с первым законом термодинамики теплота и работа эквивалентны друг другу, однако процессы их взаимного превращения неравнозначны. Опыт показывает, что механическая эне

Цикл Карно
В 1824 году французский инженер Сади Карно предложил цикл, дающий максимальное значение термического КПД. Он состоит из двух обратимых изотермических и двух обратимых адиабатных процессов.

Уравнение обращения воздействий. Сопла и диффузоры
Изменения условий течения газа, вызывающие соответствующие изменения параметров состояния потока, называются воздействиями. Существует пять видов воздействий: 1. Геометрическое воздействие

Сопла и диффузоры
Рассмотрим воздействие формы канала dF на адиабатное течение в соплах и диффузорах. Сопла – это каналы, в которых происходит расширение газа и увеличение скорости его движения. В диффузорах

Параметры торможения
Для адиабатического течения на участке 1-2 уравнение энергии имеет вид: , где h* - полная

Приведенные параметры
Для расчета параметров можно использовать таблицы газодинамических функций, которые облегчают решение задач. При этом вводится приведенная скорость

Истечение газа из суживающегося сопла
При изучении этого процесса предполагается, что истечение происходит при постоянных параметрах газа на входе в сопло и на выходе из него. Пусть давление cреды, откуда происходит истечение,

Режимы работы суживающегося сопла
I режим– режим полного расширения , когда ,

Истечение газа из сопла Лаваля.
Комбинированное сопло Лаваля предназначено для использования больших перепадов давления и для получения скоростей истечения, превышающих критическую скорость (скорость звука). Условием закритическо

Истечение газов с учетом трения
Выведенные выше формулы скорости истечения и массового расхода газа справедливы только для обратимого процесса истечения, так как не учитывают силы трения рабочего тела о стенки канала и внутреннее

Термодинамические процессы в компресорах
Компрессором называют машину для сжатия газов. Различные типы компрессоров широко применяются в самых разнообразных областях техники. По конструкционным признакам компрессоры подразделяют на две гр

IV. Сравнение эффективности идеальных циклов
Термодинамическая эффективность циклов зависит от условий их осуществления. В одних условиях эффективен один цикл, в других – другой. 1. Сравним циклы Отто и Дизеля по значению термическог

Цикл газотурбинной установки
Цикл Брайтона/Джоуля — термодинамический цикл, описывающий рабочие процессы газотурбинного, турбореактивного и прямоточного воздушно-реактивного двигателей внутренн

Цикл ГТУ с регенерацией теплоты
Регенерация теплоты - подогрев воздуха после компрессора выхлопными газами - возможна при условии, что T4>T2 Для этого в схему установки необходимо ввести дополнительное ус

Цикл паротурбинной установки
Современная стационарная теплоэнергетика базируется в основном на паросиловых установках. Продукты сгорания топлива в этих установках являются лишь промежуточным теплоносителем, а р

Цикл парокомпрессионной холодильной установки
Парокомпрессионная холодильная установка работает по циклу, обратному циклу паросиловой устанвки. Компрессор всасывает из рефрижератора пар рабочего тела при давлении его р

Цикл теплового насоса
Тепловой насос – это машина, предназначенная для поглощения теплоты из окружающей среды и передачи ее объекту с более высокой температурой. Эффективность теплового насоса о

Виды и состав топлив
Топливом называются горючие вещества, которые сжигаются для получения в промышленныхцелях теплоты. Топливо по происхождению может быть естественным и искусственым, а по агрегатному

Теплота сгорания топлива
Теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выделяющейся при сгорании единицы топлива. Теплоту сгорания твердого и жидкого топлива обычно относят к 1кг массы топлива, а

Объем и состав продуктов сгорания
При полном сгорании топлива топочные газы содержат продукты полного окисления элементов топлива,т.е.СО2, SO2, Н2О. Поэтому состав сухих газов в объе

Энтальпия продуктов сгорания
Энтальпия продуктов сгорания является основой для тепловых расчетов теплоиспользующих устройств. Энтальпию продуктов сгорания принято рассчитывать на единицу количества топлива, из

Температурное поле. Закон Фурье
Температурное поле – это совокупность значений температуры во всех точках тела в данный момент времени

Дифференциальное уравнение теплопроводности
Дифференциальное уравнение теплопроводности выводится на основе баланса энергии для элементарного объема и имеет вид:

Теплопроводность через плоскую стенку при граничных условиях первого рода.
однослойная стенка многослойная стенка Рассмотр

Теплопроводность через цилиндрическую стенку при граничных условиях первого рода.
однослойная стенка многослойная стенка Рассмотрим однородную ци

Основы теории подобия
Так как у поверхности твердого тела имеется слой неподвижной жидкости, через который теплота передается только теплопроводностью, то для этого слоя можно использовать закон Фурье. Принимая, что ось

Теплоотдача при вынужденной и свободной конвекции
Рассмотрим часто встречающиеся на практике случаи вынужденной конвекции. Продольное обтекание пластины. При Re<5·105 (ламинарный режим):

Теплопроводность через плоскую и цилиндрическую стенку при граничных условиях третьего рода (теплопередача).
однослойная стенка многослойная стенка Передача теплоты от одной подвижной сре

Теплообмен излучением системы тел в прозрачной среде
Рассмотрим теплообмен излучением между двумя параллелными пластинами с площадью1м2 с небольшим расстоянием между ними. Температуры пластин

Теплообмен излучением в газовой среде
В отличие от твердых тел, имеющих сплошные спектры излучения, газы излучают энергию лишь в определенных интервалах длин волн. Вне этих интервалов газы прозрачны и не излучают энерги

Класификация теплообменных аппаратов
Теплообменные аппараты (теплообменник) – это устройства, предназначенные для передачи теплоты от одной среды (жидкости или газа) к другой. Чаще всего в теплообменных аппар

Основы расчета теплообменного аппарата
Сущность расчета любого теплообменного аппарата - совместное решение уравнений теплового баланса и теплопередачи. 1) Уравнения теплового баланса Тепловой поток Q