Основи термодинаміки Основні принципи та їх безпосереднє застосування
Особливо важлива ситуація зустрічається, коли відкрита система в безперервній роботі досягає стійкого стану: відкрита система в стійкому стані постійно обмінюється речовиною із зовнішнім середовищем, але її змінні стану з часом залишаються незмінними.
Приклад:
турбіна, що обертається з постійною швидкістю, після пускової фази досягає стійкого стану: температури і тиск з часом постійні в усіх точках (але не однорідні в просторі; зокрема, тиск зменшується між входом і виходом!).
бензиновий двигун, який після введення в експлуатацію, також можна порівняти з відкритою системою в постійній експлуатації. Незважаючи на альтернативну роботу, якщо ми нав'язуємо себе спостерігати це протягом цілого ряду циклів, ми зазначаємо, що змінні стану (тиск, температура, склад) однакові в кожен момент спостереження.
Промислові установки "безперервного вогню" схожі на постійно діючі відкриті системи.
Якщо система досягла стійкого стану, це, зокрема, означає, що її маса постійна з часом, а тому масові витрати на вході та виході повинні бути рівними:
Змінні стану системи постійні, її внутрішня енергія (функція стану) також постійна, і. Стабільний стан також передбачає, що швидкості dt усіх матеріальних точок системи є постійними.
Фундаментальне:
Для відкритої системи в постійному режимі, що проходить через потік матеріалу і обмінюючи ззовні механічну та теплову потужність, ми маємо:
що також написано:
Це вираз першого принципу для відкритої системи в постійному режимі. Зазначається, що порівняно з виразом для замкнутих систем:
тимчасові коливання величин, такі як внутрішня енергія або кінетична енергія, замінюються варіаціями простору між входом і виходом
ентальпія, що транспортується матеріальними потоками, замінює внутрішню енергію замкнутої системи
механічні та теплові сили замінюють роботу і тепло. Внесок роботи сили тяжіння часто незначний (Зрозуміло, що ми не будемо нехтувати роботою сили тяжіння, якщо нас зацікавить гідравлічна електростанція, приведена в результаті падіння "води!"). Дуже часто можна також нехтувати кінетичними енергіями, що передаються витратами матеріалу (досить, щоб діаметр труб був досить великим).
У цьому випадку буде написано перший принцип для відкритої системи в постійному режимі: