Общие сведения о термодинамике потоков

Во многих областях инженерной практики широко применяются машины и агрегаты, в которых изучаемая термодинамическая система находится в непрерывном движении – потоке. К таким устройствам относятся газотурбинные и реактивные двигатели, магистральные газопроводы, компрессоры и другие агрегаты.

Термодинамическая теория газового потока позволяет определить скорость истечения газа, его секундный расход и основные закономерности профилирования сопел и диффузоров. Газовый поток относится к классу открытых термодинамических систем. Вспомним основные положения термодинамики открытых термодинамических систем.

При движении в каналах энергетического оборудования скорость газа и его положение в пространстве могут изменяться. Изменение скорости потока газа означает изменение его кинетической энергии, а изменение положения в пространстве означает изменение его потенциальной энергии.

В закрытой термодинамической системе обмен энергией между рабочим телом и окружающей средой в форме теплоты или работы приводит к изменению только его внутренней энергии. В открытой термодинамической системе обмен энергией между рабочим телом и окружающей средой в форме теплоты или работы может приводить к изменению его как кинетической и потенциальной, так и внутренней энергии. Эти условия реализованы в первом законе термодинамики для открытой термодинамической системы, который запишем в следующем виде:

.

Это уравнение называется уравнением энергии газового потока. Оно показывает, что обмен энергией в тепловой форме между потоком газа и окружающей средой может привести:

- к изменению энтальпии газового потока;

- к изменению кинетической энергии газового потока;

- к изменению потенциальной энергии газового потока;

- к обмену энергией в механической форме между потоком газа и окружающей средой путем совершения технической работы.

Выражение называется располагаемой работой. Тогда уравнение энергии газового потока может быть записано в виде: . В свою очередь, располагаемая работа может быть определена по формуле:

.