Принцип сохранения энергии. Энергетический баланс.

Для любой системы алгебраическая сумма всех внешних воздействий, которыми система обменивается с окружающими телами через контрольную поверхность, равна изменению энергии системы (рис. 2):

.

Понятие «внешнее воздействие» употребляют в самом широком смысле: оно объединяет количества энергий всех видов, которыми система обменивается с окружающими телами.

При анализе криогенных систем в левой части уравнения сохранения энергии могут быть следующие величины:

L – механическая (электрическая) работа, Дж и Вт·ч (для процессов намагничивания – работа намагничивания); l – удельная работа, Дж/кг или Вт·ч/кг;

pv – работа гидродинамических сил каждой единицы массы на входе и выходе из контрольной системы, Дж/кг (р – давление, Па; v – удельный объем, м³/кг); работа гидродинамических сил на входе и выходе в общем случае пропорциональна удельному объему и нормальным напряжениям в потоке; если градиент скорости мал, то нормальная составляющая напряжений практически равна давлению р;

u – внутренняя тепловая энергия каждой единицы массы, пересекающей контрольную поверхность системы, Дж/кг;

е_к и е_п – кинетическая и потенциальная энергия каждой единицы массы, пересекающей контрольную поверхность, Дж/кг;

– энтальпия или удельная энергия потока (при малых скоростях) на входе или выходе из системы, Дж/кг;

– полная энтальпия, называемая также энтальпией адиабатически заторможенного потока (или удельная энергия потока при входе или выходе из системы), Дж/кг;

Q и q – теплота, передаваемая контрольной системе или теряемая ею под действием разности температур на контрольной поверхности или лучеиспускания, Дж и Дж/кг.

Величина ΔЭ в правой части уравнения представляет собой изменение энергии системы.

В общем случае для термомеханической системы:

закрытой

;

открытой (за время τ)

.