Запись первого закона термодинамики для проточной системы

Запись первого закона термодинамики для проточной системы


До сих пор мы рассматривали первый закон для систем, рабочее тело в которых не перемещалось в пространстве, однако следует подчеркнуть, что первый закон термодина-мики имеет общий характер и справедлив для любых систем — и неподвижных, и движущихся. В этом случае движение ТРТ рассматривается по отношению к системе координат, связанной с границей ТС. При движении термодинамическая система характеризуется не только внутренней энергией С/, но и энергией системы относительно среды состоящей из внешней кинетической энергии — энергии движе- ния тела как целого dl J и внешней потенциальной энергии — энергии относительно уровня Земли d(mgzablc). В данном случае баланс энергетических величин будет соответствовать схеме, представленной на рис. 2.3. По аналогии с уравнением (2.11) запишем: Переписывая данное уравнение относительно элементарного количества теплоты и раскрывая члены 5L и 5Un, получим Для случая закрытой системы -Й",- = 0 j и в предположении, что среди прочих работ присутствуют только работы проталкивания (5Lp = V dp), техническая работа ($£тех) и работа по преодолению сил трения (5LTp), последнее выражение будет иметь вид Переписывая его через тепловую функцию — энтальпию — по аналогии с записью уравнения (2.10), получим Стоящие в правой части приведенного выражения составляющие, кроме изменения энтальпии, имеют механическую природу и взаимосвязаны между собой. В пределах термодинамической системы они могут взаимно преобразовываться. Так, например, техническая работа в турбине может совершаться за счет уменьшения кинетической энергии потока или уменьшения его потенциальной энергии. Если затратить техническую работу в колесе компрессора, то это приведет к увеличению кинетической энергии потока или потенциальной энергии. Увеличение работы на преодоление сил трения вызывает торможение потока и уменьшение соответствующей кинетической энергии. Поэтому сумму технической работы, работы по преодолению сил трения, изменения внешних кинетической и потенциальной энергий называют располагаемой работой и обозначают через 6L0: Распределение располагаемой работы между составляющими зависит от назначения и конструкции технического устройства. Во всех тепловых машинах изменение внешней потенциальной энергии, как правило, несущественно [d(mgzBbIC) ~ 0]. В турбинах почти вся располагаемая работа расходуется на техническую работу 8L0 = SLTex. В соплах располагаемая работа почти полностью превращается в кинетическую энергию потока 5L0 = d ) • Окончательно уравнение первого закона термодинамики для проточной закрытой системы запишется в виде Сопоставив данное выражение с выражением (2.10) при отсутствии прочих работ можно сделать вывод, что элементарная располагаемая работа определяется выражением Для конечного процесса располагаемая работа находится интегрированием что является функцией процесса.