4. Простейшие термодинамические процессы в открытых системах

Основными объектами термодинамических расчетов являются процессы в открытых системах – турбинах, компрессорах, теплообменниках, устройства для редуцирования давления. Процессы в турбинах и компрессорах являются практически равновесными адиабатными (изоэнтропными), в проточных теплообменниках – изобарными (за небольшими исключениями), в редукционных устройствах (редукционные установки в котельных, регулирующие вентили на холодильных машинах) – адиабатным дросселированием. Соответственно мы ограничимся рассмотрением трех названных видов процессов: изобарного (р=const), изоэнтропного (s=const) и адиабатного дросселирования..

При расчете открытых систем разного назначения используют энергетический баланс в виде равенств:

q = h ₂- h₁ + l_ТЕХН (1-7а)

dl_ТЕХН= - v dp, l_ТЕХН= -v dp.(1-9)

dq = T ds, q = T ds (1-10)

4.1. Изобарные процессы

Изобарные процессы совершаются в проточных теплообменниках. Следовательно, практический интерес представляет расчет теплопритока изобарного процесса.

В открытых стандартных системах, каковыми являются проточные теплообменники, техническая работа потоком рабочего тела не совершается. Действительно, из равенства (1-9) следует, что при dp=0 имеем l_ТЕХН=0. Соответственно из энергетического баланса (1-7а) следует формула теплового баланса, используемая для вычисления удельного теплопритока к теплообменникам:

q = h₂ - h₁, Q = Gq, (1-11)

где G– поток теплоносителя (кг). Значения удельных энтальпий определяют по известным параметрам теплоносителя на входе и выходе из аппарата.

Можно воспользоваться также таблицами изобарной теплоемкости с_Рсм. п. 7.5):

q= с_Р (t₂) t₂ –c_Р(t₁)t₁.

4.2.Изоэнтропные процессы

Cтационарные процессы, протекающие в паровых турбинах или в компрессорах, практически являются равновесными адиабатами (q=0), то есть изоэнтропами. Поэтому для них энергетический баланс (1-7а) принимает частный вид, позволяющий вычислить удельную техническую работу:

l_ТЕХН=h₁-h₂. (1-12)

По этой формуле вычисляют техническую работу турбин и компрессоров, если известны параметры рабочего тела (хладагента) на входе и выходе из машины.

4.3.Адиабатное дросселирование

Дросселирование – это продавливание потока рабочего тела через узкое отверстие или длинный капилляр. Техническая работа потока при дросселировании равна нулю по определению (стенки аппарата неподвижны!): l_ТЕХН= 0. Притом обычно аппараты осуществляют дросселирование адиабатно, то есть без теплообмена, при q=0. Так что в этом случае энергетический баланс (1-7а) принимает вид

h₁= h₂, (1-13)

указывающий, что после протекания через адиабатно дросселирующие устройства рабочее тело восстанавливает свою энтальпию.

5. Второй закон термодинамики