3.3. Анализ первого закона термодинамики для потока

В выражениях 3.7 и 3.8 присутствует величина работы изменения давления в потоке h₁-h₂+q или -dh+dq. Перенеся в выражении 3.7 работу изменения давления в потоке в левую часть, запишем первый закон термодинамики для обратимого процесса истечения

(3.9)

Из выражения 3.9 следует, что работа изменения давления в потоке в общем случае может идти на изменение кинетической энергии потока и на совершение технической работы. При этом когда нет изменения кинетической энергии (цилиндр сжатия или расширения ТЭУ), работа изменения давления в потоке равна технической работе (l_О=l_Т). В случае, когда потоком не совершается техническая работа (сопловой канал, диффузор и т.п.), работа изменения давления в потоке идет только на изменение кинетической энергии потока.

Необходимо отметить, что техническая работа может быть больше работы изменения давления в потоке l_Т>l_О при с₁>c₂, когда происходит уменьшение кинетической энергии (в каналах турбин). Кроме этого, возможно получение технической работы при отсутствии работы изменения давления в потоке l_О=0, за счет уменьшения кинетической энергии потока с₁>c₂, а l_Т>0 (активная ступень паровой турбины, где нет изменения давления на рабочих лопатках).

Выражение действительной работы изменения давления в потоке для необратимого процесса аналогично выражению 3.9, только конечные параметры процесса, скорость в конце процесса и техническая работа будут соответствовать этому процессу (индексируются символом i)

(3.10)

Выражение первого закона термодинамики для потока позволяет рассчитать процессы ТЭУ, в которых рабочее тело движется в каналах по замкнутому или разомкнутому контуру. В основном современные ТЭУ состоят из изобарных процессов подвода (парогенератор, поверхностные теплообменники) и отвода теплоты (конденсатор паровой турбины) и адиабатных процессов сжатия (насос, компрессор, диффузор) и расширения (турбина, сопло).

Для изобарных процессов с подводом или отводом теплоты без совершения технической работы и без изменения кинетической энергии первый закон термодинамики для потока будет иметь вид q_Р=h₂-h₁, т.е. точно такое же выражение, как и для тела, находящегося в закрытой – замкнутой системе.

Адиабатные процессы с совершением технической работы без изменения кинетической энергии описываются выражением l_О=l_Т=h₁-h₂, эти процессы подробно рассмотрены в разделе 1.1 «работа изменения давления в потоке».

Не изученными остались процессы, где происходит изменение кинетической энергии потока. Остановимся подробнее на изучении этих процессов.