Вопрос 4. Применение первого закона термодинамики для открытых однопоточных систем к компрессору и турбине

Запишем уравнения (1), (2), (3) применительно к охлаждаемому компрессору и к турбине с подводом теплоты (при ).

1. Охлаждаемый компрессор (поршневой компрессор).

Для охлаждаемого компрессора работа совершается над системой и теплота отводится от системы, поэтому работа, подведенная к валу компрессора ; теплота, отведенная от газа во внешнюю среду ; энтальпия в конце процесса сжатия і₂  і₁; давление в конце процесса сжатия р₂ р₁ ( >0)

Тогда получим.

1) В тепловой форме 

(1к)

т.е работа, подведенная к валу компрессора, расходуется на увеличение энтальпии газа, изменение кинетической энергии потока газа и покрытие теплопотерь в окружающую среду.

2) В механической форме 

(2к)

3) Объединенное (обобщенное) уравнение

3(к)

т.е работа, подведенная к валу компрессора, тратится на сжатие газа, изменение кинетической энергии и потери на трение. Объединенное уравнение удобно тем, что связывает техническую работу с работой сжатия и диссипированной энергией; внешняя теплота в нем отсутствует

2. Турбина:

Для турбины тепло подводится извне, и система совершает внешнюю работу, поэтому работа, снимаемая с вала турбины ; тепло, подводимое в процессе расширения газа в турбине ; і₂<і₁; давление в конце процесса расширения р₂<р₁ (( >0)

Тогда получим.

1) В тепловой форме 

1(т)

т. е работа, снимаемая с вала турбины, производится за счет уменьшения энтальпии газа, подвода внешней теплоты и изменения кинетической энергии газа.

2) В механической форме или 

2(т)

3) Объединенное (обобщенное) уравнение

3(т)

т. е работа, снимаемая с вала турбины, производится за счет располагаемой работы за вычетом работы сил трения и изменения кинетической энергии.

Последнее уравнение можно записать в виде

т.е. располагаемая работа затрачивается на создание работы на валу турбины, изменение кинетической энергии и покрытие потерь.

Полученные уравнения могут применяться как в целом для турбомашины, так и для отдельных ее элементов. Для неподвижных элементов l_тех=0. В турбомашинах процесс сжатия или расширения газа можно принять адиабатным, тогда q_внеш=0.