Generalitati. Aplicarea pricipiului I la transformarile termodinamice deschise ale gazului perfect in curgere stabilizata

Generalitati. Aplicarea pricipiului I la transformarile termodinamice deschise ale gazului perfect in curgere stabilizata

Incinta in care se realizeaza transformarile este un canal profilat, organizat in mod corespunzator pentru a se putea obtine schimburile dorite de energie. Canalul este deschis permanent avand deci sectiune de intrare S₁ (admise) a fluidului si sectiune de iesire (evacuare) S₂.

Pentru a se putea obtine o transformare inchisa (ciclu) este necesar ca fluidul sa parcurga o instalatie termica formata din mai multe agregate specializate, legate in serie intr-o succesiune determinata. In instalatiile termice de forta, numai o parte din agregate sunt agregate motoare, celelalte sunt destinate realizarii transformarilor care intra in componenta ciclului. Instalatiile termice de forta au puteri specifice mult mai mari, in comparatie cu motoarele cu piston; puterea specifica este puterea raportata la suprafata si masa instalatiei. (kW/ m²; kW / kg).

Se noteaza

- debitul de gaz (kg/s);

- fluxul termic (kW);

P_rot - putere mecanica de rotatie(kW);

- putere cinetica (dinamica).

(m³/s) - debitul volumic de gaz.

In Fig.4.1 este aratata schematic o instalatie termica de forta  care functioneaza cu doua surse de gaz R₁ si R₂. De obicei, atmosfera are rolul celor doua surse;₁, ₂, - sunt vitezele relative medii ale gazului, masurate fata de sectiunile S₁ si S₂.

In timpul curgerii gazului intre S₁ si S₂, acesta primeste fluxul termic si cedeaza puterea mecanica P_r la arbore si puterea dinamica P_cin la iesire din sectiunea S₂. Se aplica ecuatia bilantului energetic intre sectiunile S₁ si S₂ (pentru debitul de fluid):

Obs. Energia potentiala este , astfel se neglijeaza, deoarece ;instalatiile termice lucreaza, de obicei, la acelasi nivel.

Ecuatia se mai scrie:

Pentru m= 1kg de gaz:

(J/kg)

Daca w₂ > w₁, deci gazul a suferit o accelerare intre cele 2 sectiuni, prin legea impulsului rezulta ca fluidul actioneaza asupra incintei cu o forta de reactiune.Se deosebesc doua cazuri:

1. Daca variatia vitezei este mica, forta de reactiune este mica si este compensata mecanic de fundatia masinii (in cazul instalatiilor stationare).

2. Daca variatia vitezei este foarte mare, forta de reactiune este mare si este folosita ca forta de propulsie prin reactie la navele aeriene sau la instalatiile cu rachete.

Schimbul elementar de energie mecanica intr-o transformare termodinamica este:

l = l_r+l_cin =l_r+ (J/kg);

iar pentru debitul de fluid, puterea totala va fi:

Pentru un sistem in curgere stabilizata, lucrul mecanic tehnic elementar (m=1kg) va fi:  dl_t = - v dp; (dL_t = -V dp)

iar pentru debitul , relatia devine:

Ecuatia bilantului energetic va fi (principiul I):

Daca w₁ w₂, rezulta P= P_r, agregatul de forta este proiectat pentru obtinerea puterii de rotatie (de exemplu turbina), iar daca w₂ >> w₁, P_r=0, P= P_din, agregatul de forta este proiectat pentru obtinerea puterii dinamice, adica a puterii de propulsie aeriana.