ترمودینامیک (جلسه پنجم)

ترمودینامیک (جلسه پنجم)

اسلاید 1: 1

اسلاید 2: ترمودینامیک(جلسه پنجم)

اسلاید 3: آنالیز و موازنه انرژی در سیستمهای باز

اسلاید 4: مسایل عمدهتوان مورد نياز تجهیزات مکانیکی در فرایندهای جریانی (میکسر، پمپ، کمپرسور و...)محاسبه گرما و کار مورد نیاز برای تغییر مورد نظر (مبدلهای حرارتی، ازدیاد برداشت بروش حرارتی بخار یا احتراق و ...)حذف گرما از یک سیستم (رآکتور، ...)مسایل احتراق و واکنشهای گرمازا یا گرماگیر...

اسلاید 5: شکلهای انرژیانرژی جنبشیانرژی پتانسیل انرژی درونی : ناشی از حرکت داخلی مولکولها و برهمکنش مولکولها با هم

اسلاید 6: شکلهای انتقال انرژیگرما (Q) : انتقال انرژی بدلیل اختلاف دماکار (W) : انتقال انرژی بدلیل نیروی محرکه هایی بجز اختلاف دما (نیرو، گشتاور، ولتاژ، میدان مغناطیس و...)hotcoldheat26 °C26 °C

اسلاید 7: موازنه انرژی در سیستمهای بستهمعادله موازنه (انرژی سیستم در حالت نهایی)- (انرژی سیستم در حالت اولیه)= (انتقال خالص انرژی)انرژی سیستم در حالت اولیه انرژی سیستم در حالت نهاییانتقال خالص انرژیقانون اول ترمودینامیک برای سیستمهای بسته

اسلاید 8: نکات مهم:U به دما، ترکیب اجزا و حالت فیزیکی سیستم بستگی دارد. (برای گاز ایده آل، مایعات و جامدات تقریبا مستقل از فشار)برای فرایند آدیاباتیکQ = 0 درصورت نبودن بخش حرکتی و جابجایی مرزی W = 0تغییر انرژی پتانسیل بدلیل تغییر ارتفاع می باشد.برای فرایند برگشت پذیر داریم:W =P dV

اسلاید 9: انرژی و موازنه انرژی سیستمهای بازکار محوری و کار جریانی:کار جریانی: کاری که روی سیستم یا توسط سیستم بر اثر خود سیال در مجراهای ورودی و خروجی صورت می گیرد.کار محوری: کار انجام شده روی سیستم یا توسط سیستم بوسیله یک بخش متحرک داخل سیستمواحد فرایند

اسلاید 10: خواص وِیژهخواص ویژه (خاصیت) / (مقدار (جرم , تعداد مول))خواص مقداری: (Extensive properties) حجم، جرم، انرژی و...که به مقدار و اندازه سیستم بستگی دارد.خواص شدتی: (Intensive property) حجم مخصوص، انرژی مخصوص و...که مستقل از اندازه و مقدار سیستم هستند.

اسلاید 11: نرخ خواص (خواص بر واحد زمان): دبی جرمی، دبی حجمی، و... Extensive propertiesIntensive propertiesRate of properties

اسلاید 12: آنتالپیEnthalpy Specific Enthalpy

اسلاید 13: انرژی و موازنه انرژی سیستمهای باز در حالت پایا

اسلاید 14: موازنه انرژی مکانیکیمعادله برنولیمعادله مهم برای محاسبه تجهیزات مکانیکی(لوله ها، پمپها، تانکها، پمپها و...)

اسلاید 15: مسایل

اسلاید 16: مساله 1(لوله افقی):بخار وارد یک لوله افقی که در حالت پایا می باشد میشود. آنتالپی مخصوص در ورود و خروج به ترتیب 3000 kJ/kg و 1700 kJ/kg و دبی جریان 0.5 kg/s میباشد. نرخ حرارت مبادله شده بین لوله و محیط چقدر است؟

اسلاید 17: حل:

اسلاید 18: مساله 2 (نازل): بخار وارد یک نازل بخوبی عایق شده با شرایط پایا و با سرعت 10 m/s میشود. اگر آنتالپی ویژه از ورود تا خروج 45 kJ/kg کاهش یابد سرعت سیال را در خروج بدست آورید.

اسلاید 19: Fig04_07

اسلاید 20: حل:

اسلاید 21: مساله 3 (دیفیوزر): دی اکسید کربن وارد یک دیفیوزر عایق شده با سطح ورودی1.4 in2 در شرایط 20 lbf/in2, 500oR, و با سرعت 800 ft/s در حالت پایا وارد میشود مساحت خروجی 30 برابر مساحت ورودی و سرعت خروجی 20 ft/s می باشد. تغییر انرژی پتانسیل ناچیز فرض میشود. دما و فشار خروجی و دبی جریان را تعیین کنید.

اسلاید 22: Fig04_07Fig04_07

اسلاید 23: حل:The equation for a diffuser is:

اسلاید 24:

اسلاید 25: مساله 4 (توربین): هوا در یک توربین (در حالت پایا) منبسط میشود.شرایط ورودی و خروجی به ترتیب p1 = 160 lbf/in2, T1 = 1560oR. و p2 = 14.8 lbf/in2 و دبی جرمی 10.5 lbm/s و توان مصرفی hp 2550می باشد. دمای خروجی چقدر است؟

اسلاید 26: حل:

اسلاید 27: مساله 5 (کمپرسور) : هوا وارد یک کمپرسور که در حالت پایا می باشد در شرایط 1.05 bar, 300K با دبی حجمی 12 m3/min وارد و با شرایط 12 bar, 400K خارج می شود نرخ انتقال حرارت از کمپرسور به محیط 2kW می باشد. توان مصرفی چقدر می باشد. (بازدهی کمپرسور را 75 در صد درنظر بگیرید)

اسلاید 28: Fig04_12Fig04_12

اسلاید 29: حل: با موازنه انرژی داریم:

اسلاید 30:

اسلاید 31: تکلیف 8:آنالیز انرژی (موازنه) را برای یک شیر فشار شکن در 3 صفحه گزارش نمایید. (برای گازهای ایده آل و غیرایده آل و مایعات و تغییر دما قبل از شیر و بعد از شیر را بطور کامل بررسی کنید)

اسلاید 32: بخار آب در شرایط 360oC و 2 Mpa و با سرعت 100 m/s وارد یک توربین (که در حالت پایا است) می شود بخار در شرایط خروجی بصورت اشباع و با فشار 0.1 MPa و دارای سرعت50 m/s می باشد.ارتفاع ورودی 3 متر بیشتر از خروجی و دبی جرمی و توان گرفته شده می باشد. سطح مجرای ورودی و نرخ انتقال حرارت به محیط را حساب کنید.تکلیف 9: