Transkrypt

1 yłd rc zminy objętości czynni roboczego rc techniczn w ułdzie otwrtym n przyłdzie turbiny RównowŜność prcy i ciepł w obiegu zmniętym I zsd termodynmii dl zminy stnu msy ontrolnej Szczególne przypdi I zsdy termodynmii w sformułowniu msy ontrolnej Mechnizmy przezywni ciepł: przewodnictwo cieplne onwecj promieniownie cieplne

2 rc zminy objętości czynni roboczego sformułownie msy ontrolnej stn stn obciąŝony tło Sds Fdx d ( S) ( ) dx stłe ciśnienie, przed cłą x AE OGÓNOŚCI: δ d cł t zleŝy od drogi DACZEGO δ? Dltego, Ŝe δ nie jest róŝniczą zupełną!! Do stnu ońcowego moŝn dojść róŝnymi drogmi.

3 b c 0 < 0 > d e f 0 0 < 0 < 0 < wyp rc wyonn przez ułd moŝe być dodtni (przypde, d, e), ujemn (przypde b) lub równ zeru (przypde f). Dl obiegu (przypde c) dl tórego ułd po przeminie wrc do puntu wyjści inną drogą,, wypdow prc równ jest zcieniownemu polu równemu róŝnicy prcy wyonnej przez ułd w trcie przeminy i prcy wyonnej nd ułdem (ujemnej prcy wyonnej przez ułd) w trcie przeminy. Dl przeminy zmniętej: wyp d+ d d wyp δ cł oręŝn dl obiegu (cylu) 3

4 rc techniczn w ułdzie otwrtym n przyłdzie turbiny Część energii rozpręŝjącej się gorącej pry, tór przepływ przez turbinę, npędz wirni, tóry poprzez wł wyonuje prcę techniczną (np npędzjąc genertor). urbinę opuszcz zimn pr o nisim ciśnieniu Do/z objętości ontrolnej, poprzez osłonę ontrolną (czerwon res) przeniją dw strumienie czynni roboczego i prc techniczn objętość ontroln wlot gzu lub pry wylot gzu lub pry prc techniczn genertor Sformułownie OBJĘOŚCI ontrolnej 4

5 RównowŜność prcy i ciepł w obiegu zmniętym ) b) gz gz proces proces b J δ δ J δ δ Z esperymentów wyni, Ŝe cłi oręŝne dl obiegów (przemin cylicznych) z prcy i ciepl są proporcjonlne (równe, gdy przyjmiemy wspólne jednosti, J ) 5

6 6 ierwsz zsd termodynmii dl zminy stnu msy ontrolnej + δ δ + δ δ b b δ δ δ δ c c + δ δ + δ δ b c b c ( ) ( ) δ δ δ δ c de E E E jest funcją stnu; tzn. zleŝy od stnu czyli puntu n digrmie (np. wyznczonego przez prmetry stnu, ). iej włsności nie posidją ciepło i prc δ δ b c

7 ( δδ) ( δδ) E E E c E δ δ E jest energią cłowitą msy ontrolnej energi cłowit energi wewnętrzn + energi inetyczn + energi potencjln E U + E in + E pot ; E in M / ; E pot Mgz Energie E in, E pot zleŝą od msy, prędości i wysoości msy ontrolnej Energi wewnętrzn U zwier wszystie pozostłe formy energii msy ontrolnej (w tym energię termiczną) i jest związn ze stnem termodynmicznym ułdu (jest funcją stnu termodynmicznego) E/M e; U/M u, energie włściwe de 7

8 Szczególne przypdi pierwszej zsdy termodynmii w sformułowniu msy ontrolnej U rzemin wrune wyni dibtyczn 0 U - stł objętość 0 U obieg zmnięty U 0 rozpręŝnie 0 U 0 swobodne 8

9 Relizcj przeminy dibtycznej Ułd relizujący przeminę dibtyczną. Gz znjdujący się w cylindrze zmniętym tłoiem jest dobrze izolowny od otoczeni (nie m wyminy ciepł z otoczeniem). Niewiel zmin obciąŝeni tło powoduje młe zminy ciśnieni gzu i odpowiednie zminy objętości i tempertury. Swobodne rozpręŝnie gzu Ułd relizujący rozpręŝnie swobodne gzu. Jeden z dobrze izolownych zbiorniów jest wypełniony gzem, drugi odpompowny. Zbiornii połączone są rurą z zworem. 9

10 ydwnictwo Nuowe N SA Copyright 005 John iley nd Sons, Inc rzyłd Zmienimy g wody o temperturze 00 o C w prę o temperturze równieŝ 00 o C, pozwljąc wodzie wrzeć pod normlnym ciśnieniem tmosferycznym ( tm, czyli,0x0 5 ) w ułdzie przedstwionym n rysunu. Objętość wody zmieni się od wrtości początowej x0-3 m 3 dl cieczy do,67 m 3, iedy m on postć pry. ) Ją prcę wyonuje ułd w tym procesie? b) Ją energię otrzymuje ułd podczs ogrzewni? c) Ile wynosi zmin energii wewnętrznej ułdu w rozwŝnym procesie? pd p p ( ) ( ) ,00,67m 0,00m,690 J p c pr m 56J gg 56J U 56J 69J 087J,09MJ 0

11 Mechnizmy przezywni ciepł ) rzewodnictwo cieplne g z S S Energi przepływ w postci ciepł od zbiorni o temperturze g do zbiorni o niŝszej temperturze z przez przewodzącą ciepło płytę o grubości, przeroju S i przewodności cieplnej włściwej t S g z przew δ & δt S d dz prwo Fourier rzewodność ciepln włściw (przewodność ciepln) to stosune ilości energii cieplnej przenoszonej w jednostce czsu przez jednostową powierzchnię do grdientu tempertury

12 rzewodność ciepln włściw wybrnych substncji przew Opór cieplny & t R R S ( ) Opór cieplny, nlogi z oporem eletrycznym. RóŜnic tempertur gr rolę npięci, moc przewodzon rolę gęstości prądu. Jednostą oporu cieplnego jest elwin/wt [K/] H C [/m. K] metle stl nierdzewn 4 ołów 35 luminium 35 miedź 40 srebro 48 gzy powietrze (suche) 0,06 hel 0,5 wodór 0,8 mteriły budowlne pin poliuretnow 0,04 wełn minerln 0,043 wt szln 0,048 drewno sosnowe 0, beton omórowy 0,6 szło oienne,0 cegł 0,8 beton zwyły,5 grnit 3,

13 3 rzewodzenie ciepł przez płytę wielowrstwową Strumień cieplny przepływjący przez obie wrstwy musi być ti sm: Stcjonrny strumień ciepł przez płytę wyonną z dwóch róŝnych mteriłów, o tym smym przeroju le o róŝnej grubości. stnie stcjonrnym tempertur X n grnicy pomiędzy dwom mteriłmi m ustloną wrtość zleŝną od wypdowego oporu cieplnego ( ) ( ) z g x g S S + ( ) z g R R R R R + + S g z x ( ) ( ) z x x g S S t & ( ) ( ) z x x g z g x + +

14 Sprwdzin Copyright 005 John iley nd Sons, Inc Ośrode przewodzący słd się z czterech wrstw o jednowej grubości i przeroju, wyonnych z czterech róŝnych mteriłów. N rysunu podno tempertury n powierzchnich bocznych i grnicznych pomiędzy wrstwmi, zmierzone dl stcjonrnego strumieni cieplnego. Uszereguj wrstwy według ich przewodności cieplnej włściwej, zczynjąc od njwięszej wrtości 4

15 Copyright 005 John iley nd Sons, Inc rzyłd N rysunu przedstwiono przerój ściny wyonnej z wrstwy drewn sosnowego o grubości i muru ceglnego o o grubości d ( ), rozdzielonych dwiem wrstwmi o jednowej grubości i tiej smej przewodności włściwej, wyonnymi z nieznnego mteriłu. rzewodność ciepln włściw drewn sosnowego jest równ cegieł d ( 5 ). Strumień ciepł przechodzący przez ścinę osiągnął stn stcjonrny. Jedyne znne tempertury n powierzchnich grnicznych to 5 o C, 0 o C i 5-0 o C. Ją wrtość m tempertur 4? d S ds d ( ) ( ) 4 5 +, 5, d d ( ) 5 d 4 d d 4 8 C 5

16 ) Konwecj onw wewn δ & δt wrstw onwecyjn zewn h S dom szyb przewodzenie h współczynni onwecji /m K, S powierzchni, m, róŝnic tempertur h współczynni onwecji onwecj nturln 5-5 (powietrze) onwecj wymuszon 5-50 (powietrze) wod (wrzenie) Zdnie. Obliczyć strumień ciepł trconego przez ono z domu o temperturze wewnątrz 0 C do otoczeni o temperturze -0 C. Ono to pojedyncz szyb o grubości 5 mm i przewodnictwie cieplnym /mk, o powierzchni.5x.5 m. itr n zewnątrz powoduje, Ŝe wrtość współczynni onwecji wynosi 00 /m K. 6

17 3) promieniownie cieplne prom σε S 4 prom moc promieniowni cieplnego emitownego przez ciło w postci fl eletromgnetycznych, σ ε 5,6703x0-8 /m K 4 stł Stefn Boltzmnn zdolność emisyjn powierzchni cił S powierzchni cił tempertur cił σε S 4 bs otocz moc promieniowni cieplnego bsorbownego przez ciło z otoczeni wyp bs prom σε S 4 4 ( ) otocz prom 7