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).

S (всех внешних воздействий) = DЭ (3)

Понятие «внешнее воздействие» употребляют в самом широком смысле: под ним понимают количество энергий всех видов, которыми система обменивается с окружающими телами.

При анализе криогенных систем в левой части уравнения (3) могут быть следующие величины:

L - механическая (электрическая) работа (для процессов намагничивания - работа намагничивания);

l - удельная работа;

pv - работа гидродинамических сил каждой единицы массы на входе и выходе из контрольной системы (р - давление; v - удельный объем); 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;

и - внутренняя тепловая энергия каждой единицы массы, пересекающей контрольную поверхность системы;

е_к и е_п - кинетическая и потенциальная энергия каждой единицы массы, пересекающей контрольную поверхность.

е_к =0,5с²; е_п = gh, (4)

i = и + pv - энтальпия или удельная энергия потока (при малых скоростях) на входе или выходе из системы;

i_ад = U + pU+ 0,5с² - полная энтальпия, называемая также энтальпией адиабатически заторможенного потока (или удельная энергия потока при входе или выходе из системы);

Q и q - теплота, передаваемая контрольной системе или теряемая ею под действием разности температур на контрольной поверхности или лучеиспускания.

Величина DЭ в правой части уравнения (3) представляет собой изменение энергии системы. В общем случае для термомеханической системы:

закрытой - SL + S Q =DЭ; (4)

открытой (за время t) - SL +S (G_if_ii_ад) t + S Q =DЭ. (5)

	Для стационарных режимов - DЭ=0; для установившихся режимов DЭ также равно нулю либо постоянно. В технической термодинамике применяют условное правило знаков, согласно которому работу, совершенную системой, и количество теплоты, сообщенной системе, считают положительными (и наоборот); поэтому в уравнениях (5) перед SL ставят знак минус.
Рис. 2. Схема к уравнению (3) энергетического баланса

Так как это правило условное, то его не всегда придерживаются. В ряде практических случаев при составлении уравнений энергетического баланса удобнее использовать простую алгебраическую сумму внешних воздействий (5).

Дата добавления: 2015-07-24