Основные законы термодинамики

Первое начало термодинамики для закрытой и открытой систем

Первое начало (первый закон) термодинамики может быть рассмотрен для двух случаев:

  • система закрытая, рабочее тело как целое не перемещается («неподвижное тело») в поле равномерно распределенных сил давления;
  • система открытая, рабочее тело находится в потоке, движущемся в канале, причем давление на входе в канал отлично от давления на выходе из него («случай потока») в поле неравномерно распределенных сил давления.

Полная энергия Е рабочего тела складывается из внутренней энергии, потенциальной энергии давления и кинетической энергии движения тела как целого:

где W — скорость движения рабочего тела.

Запишем общее уравнение первого закона термодинамики для закрытой системы при условии теплового dQ и деформационного dL' воздействий (наиболее часто встречающийся случай (рис. 1.3)). Тогда сумма этих воздействий среды на тело преобразуется в изменение энергии рабочего тела (1.2).

Закрытая система (неподвижное рабочее тело)

Рис. 13. Закрытая система (неподвижное рабочее тело)

Для неподвижного рабочего тела

тогда

Заменяя работу сил среды над телом работой тела над средой:

получим

Первый закон термодинамики для закрытой системы можно сформулировать следующим образом: теплота, подведенная к телу из внешней среды, расходуется на изменение внутренней энергии рабочего тела и совершение им внешней механической работы.

Иная форма уравнения первого закона термодинамики может быть получена следующим образом. Из формулы приращения удельной энтальпии

находим

Тогда

Первый закон термодинамики для открытой системы в случае теплового и механического взаимодействия запишется следующим образом:

где 1^сх техническая работа внешних сил, кДж.

Разделив последнее уравнение на М и преобразовав с учетом равенства dL'vex = -dLlvx> где LTCX — техническая работа, совершаемая газом, получим

где /пот — удельная работа потока;

Приравняв правые части (1.43а) и (1.44), можно сделать вывод: или, в случае когда скорость потока не меняется (dW = 0),

Первый закон термодинамики для открытой системы формулируется так: подведенная к системе теплота преобразуется в энтальпию и располагаемую работу потока.

Располагаемая работа потока складывается из двух работ:

  • работы истечения (dW2/2), производимой равнодействующей сил рабочего тела против отбегающего и набегающего потоков в сечениях I—I и II—II (рис. 1.4) и силы, перемещающей рабочее тепло но каналу;
  • технической работы (dlTCX), производимой равнодействующей сил рабочего тела на стенки канала и силы, перемещающей канал.

К открытой системе может быть применено выражение (1.43), в котором величина энтальпии i может характеризоваться как внутренняя энергия потока, складывающаяся из внутренней тепловой и и внутренней механической pv энергии, а величина

может быть названа располагаемой работой потока. Работа потока может быть получена лишь в поле переменного давления (координата р) при наличии разности плотностей (1/р = v) в системе и окружающей среде (плотность-потенциал).

Открытая система (рабочее тело в потоке)

Рис. 1.4. Открытая система (рабочее тело в потоке)

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >