İzantropik süreç - Isentropic process - Wikipedia

İçinde termodinamik, bir izantropik süreç idealleştirilmiş termodinamik süreç bu ikisi de adyabatik ve tersine çevrilebilir.[1][2][3][4][5][6] Sistemin transferleri sürtünmesizdir ve transfer yoktur. sıcaklık veya madde. Böyle idealleştirilmiş bir süreç, gerçek süreçler için bir model ve karşılaştırma temeli olarak mühendislikte yararlıdır.[7]

"İzantropik" kelimesi, alışılagelmiş bir şekilde olmasa da, ara sıra başka bir şekilde yorumlanır, sanki anlamı kendisinden çıkarılabilirmiş gibi okunur. etimoloji. Bu, orijinal ve geleneksel olarak kullanılan tanımına aykırıdır. Bu ara sıra okumada, bu, entropi sistem değişmeden kalır. Örneğin bu, sistem üzerinde yapılan işin sistem içindeki sürtünmeyi içerdiği ve entropiyi değişmeden bırakmak için iç sürtünmeyi telafi etmek için sistemden tam olarak doğru miktarda ısı çekildiği bir sistemde meydana gelebilir.[8]

Arka fon

termodinamiğin ikinci yasası eyaletler[9][10] o

nerede sistemin ısıtarak kazandığı enerji miktarı, ... sıcaklık çevrenin ve entropideki değişimdir. Eşittir işareti bir tersine çevrilebilir süreç Bu, hayali idealize edilmiş teorik bir sınırdır, aslında fiziksel gerçeklikte, esasen eşit sistem ve çevre sıcaklıklarıyla asla gerçekleşmez.[11][12] Tanımı gereği tersinir olan izantropik bir süreç için, ısı olarak enerji transferi yoktur çünkü süreç adyabatik, δQ = 0. Geri döndürülemez bir enerji transferi işleminde iş olarak entropi sistem içinde üretilir; sonuç olarak sistem içinde sürekli entropi sağlamak için, işlem sırasında enerjinin sistemden ısı olarak uzaklaştırılması gerekir.

Tersinir prosesler için, sistemin çevresinden termal olarak "yalıtılması" yoluyla izantropik bir dönüşüm gerçekleştirilir. Sıcaklık termodinamiktir eşlenik değişken entropi için, bu nedenle eşlenik süreç bir izotermal süreç sistemin sabit sıcaklıktaki bir ısı banyosuna termal olarak "bağlandığı".

Termodinamik sistemlerde izantropik süreçler

Dikey bir çizgi parçası olan izantropik bir sürecin T – s (entropi ve sıcaklık) diyagramı

Belirli bir kütlenin entropisi, dahili olarak tersine çevrilebilir ve adyabatik olan bir süreç sırasında değişmez. Entropinin sabit kaldığı sürece izantropik süreç denir. veya .[13] Teorik olarak izantropik termodinamik cihazların bazı örnekleri pompalar, gaz kompresörleri, türbinler, nozullar, ve difüzörler.

Termodinamik sistemlerde sürekli akışlı cihazların izantropik verimleri

Sabit akışlı cihazların çoğu adyabatik koşullar altında çalışır ve bu cihazlar için ideal süreç izantropik süreçtir. Bir cihazın karşılık gelen bir izantropik cihaza ne kadar verimli bir şekilde yaklaştığını açıklayan parametreye izantropik veya adyabatik verimlilik denir.[14]

Türbinlerin izantropik verimi:

Kompresörlerin izantropik verimliliği:

Memelerin izantropik verimliliği:

Yukarıdaki tüm denklemler için:

spesifik mi entalpi giriş durumunda,
fiili işlem için çıkış durumundaki spesifik entalpi,
izantropik süreç için çıkış durumundaki spesifik entalpi.

Termodinamik döngülerde izantropik cihazlar

Döngüİzantropik adımAçıklama
İdeal Rankine döngüsü1→2İzantropik sıkıştırma pompa
İdeal Rankine döngüsü3→4Bir izantropik genişleme türbin
İdeal Carnot döngüsü2→3İzantropik genişleme
İdeal Carnot döngüsü4→1İzantropik sıkıştırma
İdeal Otto döngüsü1→2İzantropik sıkıştırma
İdeal Otto döngüsü3→4İzantropik genişleme
İdeal Dizel döngüsü1→2İzantropik sıkıştırma
İdeal Dizel döngüsü3→4İzantropik genişleme
İdeal Brayton çevrimi1→2İzantropik sıkıştırma kompresör
İdeal Brayton çevrimi3→4Bir izantropik genişleme türbin
İdeal buhar sıkıştırmalı soğutma döngü1→2İzantropik sıkıştırma kompresör
İdeal Lenoir döngüsü2→3İzantropik genişleme

Not: İzantropik varsayımlar yalnızca ideal döngüler için geçerlidir. Gerçek çevrimler, kompresör ve türbin verimsizlikleri ve termodinamiğin ikinci yasası nedeniyle doğal kayıplara sahiptir. Gerçek sistemler gerçek anlamda izantropik değildir, ancak izantropik davranış, birçok hesaplama amacı için yeterli bir yaklaşımdır.

İzantropik akış

Akışkan dinamiğinde, bir izantropik akış bir sıvı akışı bu hem adyabatik hem de geri dönüşümlüdür. Yani akışa ısı eklenmez ve bu nedenle enerji dönüşümü olmaz. sürtünme veya tüketen etkiler. Kusursuz bir gazın izantropik akışı için, bir akım çizgisi boyunca basıncı, yoğunluğu ve sıcaklığı tanımlamak için birkaç ilişki türetilebilir.

Unutmayın ki enerji Yapabilmek Isı değişimi olarak gerçekleşmediği sürece, izantropik bir dönüşümde akışla değiştirilmelidir. Böyle bir değiş tokuşun bir örneği, akış üzerinde veya tarafından yapılan işi gerektiren izantropik bir genişleme veya sıkıştırma olabilir.

İzantropik bir akış için, entropi yoğunluğu farklı akım hatları arasında değişebilir. Entropi yoğunluğu her yerde aynıysa, akışın olduğu söylenir homentropik.

İzantropik ilişkilerin türetilmesi

Kapalı bir sistem için, bir sistemin enerjisindeki toplam değişim, yapılan işin ve eklenen ısının toplamıdır:

Bir sistem üzerinde hacim değiştirilerek yapılan tersine çevrilebilir iş

nerede ... basınç, ve ... Ses. Değişim entalpi () tarafından verilir

Daha sonra hem tersinir hem de adyabatik olan bir işlem için (yani ısı transferi gerçekleşmez), , ve bu yüzden Tüm tersinir adyabatik süreçler izantropiktir. Bu, iki önemli gözleme götürür:

Daha sonra, ideal bir gazın izantropik süreçleri için çok şey hesaplanabilir. İdeal bir gazın herhangi bir dönüşümü için, her zaman doğrudur

, ve

Yukarıda türetilen genel sonuçları kullanarak ve , sonra

Yani ideal bir gaz için ısı kapasitesi oranı olarak yazılabilir

Kalorik olarak mükemmel bir gaz için sabittir. Dolayısıyla, yukarıdaki denklemi, kalori açısından mükemmel bir gaz varsayarak,

yani,

Kullanmak Devlet denklemi ideal bir gaz için ,

(Kanıt: Fakat nR = sabit kendisi, yani .)

ayrıca, sürekli (mol başına),

ve

Böylece ideal bir gazla izantropik işlemler için,

veya

İdeal bir gaz için izantropik ilişkiler tablosu

Elde edilen

nerede:

= basınç,
= hacim,
= belirli ısıların oranı = ,
= sıcaklık,
= kütle,
= spesifik gaz için gaz sabiti = ,
= evrensel gaz sabiti,
= spesifik gazın moleküler ağırlığı,
= yoğunluk,
= sabit basınçta özgül ısı,
= sabit hacimde özgül ısı.

Ayrıca bakınız

Notlar

  1. ^ Partington, J.R. (1949), Fiziksel Kimya Üzerine İleri Bir İnceleme., cilt 1, Temel İlkeler. Gazların Özellikleri, Londra: Longmans, Green and Co., s. 122.
  2. ^ Kestin, J. (1966). Termodinamikte Bir Kurs, Blaisdell Publishing Company, Waltham MA, s. 196.
  3. ^ Münster, A. (1970). Klasik Termodinamik, E. S. Halberstadt, Wiley – Interscience, Londra tarafından çevrilmiştir. ISBN  0-471-62430-6, s. 13.
  4. ^ Haase, R. (1971). Temel Kanunlar Araştırması, bölüm 1 Termodinamik, 1. cildin 1-97. sayfaları, ed. W. Jost Fiziksel kimya. İleri Bir İnceleme, ed. H. Eyring, D. Henderson, W. Jost, Academic Press, New York, lcn 73–117081, s. 71.
  5. ^ Borgnakke, C., Sonntag., R.E. (2009). Termodinamiğin Temelleri, yedinci baskı, Wiley, ISBN  978-0-470-04192-5, s. 310.
  6. ^ Massey, B.S. (1970), Akışkanların Mekaniği, Bölüm 12.2 (2. baskı) Van Nostrand Reinhold Company, Londra. Kongre Katalog Kart Numarası Kütüphanesi: 67-25005, s. 19.
  7. ^ Çengel, Y. A., Boles, M.A. (2015). Termodinamik: Bir Mühendislik Yaklaşımı, 8. baskı, McGraw-Hill, New York, ISBN  978-0-07-339817-4, s. 340.
  8. ^ Çengel, Y. A., Boles, M.A. (2015). Termodinamik: Bir Mühendislik Yaklaşımı, 8. baskı, McGraw-Hill, New York, ISBN  978-0-07-339817-4, s. 340–341.
  9. ^ Mortimer, R. G. Fiziksel kimya, 3. baskı, s. 120, Academic Press, 2008.
  10. ^ Fermi, E. Termodinamik, s. dipnot. 48, Dover Publications, 1956 (halen basılmaktadır).
  11. ^ Guggenheim, E.A. (1985). Termodinamik. Kimyagerler ve Fizikçiler İçin İleri Bir Tedavi, yedinci baskı, Kuzey Hollanda, Amsterdam, ISBN  0444869514, s. 12: "Doğal ve doğal olmayan süreçler arasında sınırlayıcı bir durum olarak [,], sürekli bir dizi denge durumundan her iki yönde geçişten oluşan tersine çevrilebilir süreçlere sahibiz. Tersine çevrilebilir süreçler gerçekte gerçekleşmez ..."
  12. ^ Kestin, J. (1966). Termodinamikte Bir Kurs, Blaisdell Publishing Company, Waltham MA, s. 127: "Bununla birlikte, biraz hayal gücüyle, istendiği gibi bir işlemin, sıkıştırmanın veya genişletmenin 'sonsuz yavaş' [,] veya bazen söylendiği gibi gerçekleştirilebileceği kabul edildi, yarı kararlı olarak. "S. 130:" Açıktır ki, tüm doğal süreçler geri döndürülemez ve bu tersine çevrilebilir süreçler yalnızca uygun idealleştirmeleri oluşturur. "
  13. ^ Cengel, Yunus A. ve Michaeul A. Boles. Termodinamik: Bir Mühendislik Yaklaşımı. 7. Baskı ed. New York: Mcgraw-Hill, 2012. Baskı.
  14. ^ Cengel, Yunus A. ve Michaeul A. Boles. Termodinamik: Bir Mühendislik Yaklaşımı. 7. Baskı ed. New York: Mcgraw-Hill, 2012. Baskı.

Referanslar

  • Van Wylen, G. J. ve Sonntag, R.E. (1965), Klasik Termodinamiğin Temelleri, John Wiley & Sons, Inc., New York. Kongre Katalog Kart Numarası Kütüphanesi: 65-19470