Flytprosess - Flow process

Under jevn, kontinuerlig drift, tilsvarer en energibalanse på et åpent system akselarbeid utført av systemet til tilført varme pluss netto tilsatt entalpi .

Området for rommet som er omsluttet av åpne systemgrenser kalles vanligvis et kontrollvolum . Det kan eller ikke samsvarer med fysiske vegger. Det er praktisk å definere formen på kontrollvolumet slik at all strøm av materie, inn eller ut, skjer vinkelrett på overflaten. Man kan vurdere en prosess der materien som strømmer inn og ut av systemet er kjemisk homogen. Så utfører det strømmende arbeidet arbeidet som om det skulle føre et væskestempel inn i systemet. Systemet utfører også arbeid som om det kjørte ut et væskestempel. Gjennom systemveggene som ikke passerer materie, kan varme ( δ Q ) og arbeid ( δ W ) defineres, inkludert akselarbeid.

Klassisk termodynamikk vurderer prosesser for et system som opprinnelig og til slutt er i sin egen indre tilstand av termodynamisk likevekt, uten strømning. Dette er mulig også under noen begrensninger, hvis systemet er en væskemasse som strømmer med jevn hastighet. For mange formål kan en prosess, kalt en strømningsprosess, betraktes i samsvar med klassisk termodynamikk som om den klassiske regelen om ingen strømning var effektiv. For den nåværende innledende antagelsen antas det at den kinetiske energien til flyt, og den potensielle høydenergien i tyngdefeltet, ikke endres, og at veggene, bortsett fra materieinnløp og utløp, er stive og ubevegelige.

Under disse forholdene sier den første loven om termodynamikk for en strømningsprosess: økningen i den indre energien til et system er lik mengden energi som tilføres systemet ved materie som strømmer inn og ved oppvarming, minus mengden tapt av materien som strømmer ut og i form av arbeid utført av systemet. Under disse forholdene er den første loven for en strømningsprosess skrevet:

${\ displaystyle \ mathrm {d} U = \ mathrm {d} U _ {\ text {in}} + \ delta Q- \ mathrm {d} U _ {\ text {out}} - \ delta W}$

hvor henholdsvis U _inn og U _ut betegner den gjennomsnittlige interne energien som kommer inn og forlater systemet med den flytende saken.

Det er da to typer arbeid utført: 'flow work' beskrevet ovenfor, som utføres på væsken i kontrollvolumet (dette kalles også ofte ' PV- arbeid') og 'skaftarbeid', som kan utføres av væske i kontrollvolumet på en eller annen mekanisk enhet med sjakt. Disse to typer arbeid kommer til uttrykk i ligningen:

${\ displaystyle \ delta W = \ mathrm {d} (P _ {\ text {out}} V _ {\ text {out}}) - \ mathrm {d} (P _ {\ text {in}} V _ {\ text { i}}) + \ delta W _ {\ text {shaft}}}$

Substitusjon i ligningen ovenfor for kontrollvolumet cv gir:

${\ displaystyle \ mathrm {d} U_ {cv} = \ mathrm {d} U _ {\ text {in}} + \ mathrm {d} (P _ {\ text {in}} V _ {\ text {in}}) - \ mathrm {d} U _ {\ text {out}} - \ mathrm {d} (P _ {\ text {out}} V _ {\ text {out}}) + \ delta Q- \ delta W _ {\ text { aksel}}\,}$

Definisjonen av entalpi , H = U + PV , tillater oss å bruke dette termodynamiske potensialet til å redegjøre for intern energi U og PV arbeid i væsker for en strømningsprosess:

${\ displaystyle \ mathrm {d} U_ {cv} = \ mathrm {d} H _ {\ text {in}} - \ mathrm {d} H _ {\ text {out}} + \ delta Q- \ delta W _ {\ tekst {skaft}}}$

Under steady-state- drift av en enhet ( se turbin , pumpe og motor ) er enhver systemegenskap innenfor kontrollvolumet uavhengig av tid. Derfor forblir den indre energien til systemet som er omsluttet av kontrollvolumet konstant, noe som innebærer at d U _cv i uttrykket ovenfor kan settes lik null. Dette gir en nyttig uttrykk for effektgenerering eller krav om disse enhetene med kjemisk homogenitet i fravær av kjemiske reaksjoner :

${\ displaystyle {\ frac {\ delta W _ {\ text {shaft}}} {\ mathrm {d} t}} = {\ frac {\ mathrm {d} H _ {\ text {in}}} {\ mathrm { d} t}} - {\ frac {\ mathrm {d} H _ {\ text {out}}} {\ mathrm {d} t}} + {\ frac {\ delta Q} {\ mathrm {d} t} }}$

Dette uttrykket er beskrevet av diagrammet ovenfor.

Se også

• Prosessflytskjema
• Steady flow energy ligning / Steady state single flow

Referanser