ענטהאַלפּי ענדערונגען אין טערמישע סיסטעמען אין מעכאַנישע אינזשעניריע
אין דער וועלט פון מעכאנישער אינזשעניריע, זענען דיסקוסיעס וועגן ענערגיע אומאפהענגיק פארבונדן מיט טערמישע סיסטעמען ווי בוילערס, פארע טורבינען, קאמפרעסארן, קאנדענסערס, היץ אויסטוישערס, און אינערליכע פארברענונג מאטארן. איינע פון די מערסט גענוצטע טערמאדינאמישע קוואנטיטעטן צו אנאליזירן ענערגיע טראנספער אין די דעווייסעס איז ענטהאלפיע. ענטהאלפיע איז באזונדערס נוצלעך ווייל פראצעסן אין טערמישע דעווייסעס פאסירן אפט אינעם פלויד שטראם (קאנטראל וואליום), אנשטאט אינעם פארמאכטן סיסטעם (קאנטראל מאסע). דעריבער, פארשטיין ענטהאלפיע ענדערונגען איז דער שליסל צו פארשטיין וואוהין די ענערגיע גייט אין א פראצעס.
1. פארשטיין ענטהאלפּי און איר פיזישע באַדייטונג
לויט דעפֿיניציע, איז ענטהאַלפּי (H) אַ טערמאָדינאַמישע קוואַנטיטעט פֿאָרמולירט ווי:
ה = ו + פּוו
מיט:
– U = אינערלעכע ענערגיע
– פּ = דרוק
– V = באַנד
פֿאַר דער אַנאַליז פֿון פֿלוס־סיסטעמען, ווערט געוויינטלעך גענוצט די ספּעציפֿישע פֿאָרעם:
ה = u + פּוו
וואו h איז די ספעציפישע ענטהאלפי (kJ/kg). דער צוגעלייגטער pv טערמין ווערט אפט אינטערפרעטירט אלס די ענערגיע פארבונדן מיט "פלוס ארבעט," דאס הייסט, די ארבעט וואס איז נויטיג צו באוועגן די פליסיקייט אריין אדער ארויס פון א קאנטראל וואליום. דאס איז פארוואס ענטהאלפי איז אזוי באקוועם פארן אנאליזירן דעווייסעס ווי טורבינעס, נאזלעך, דיפיוזערס, פאמפעס, און קאמפרעסארן.
2. ענטהאַלפּיע ענדערונג (Δh) אין טערמישע פּראָצעסן
אין מעכאנישער אינזשעניריע פּראַקטיק, איז די וויכטיקסטע זאַך נישט נאָר דער ענטהאַלפּי ווערט, נאָר די ענדערונג אין ענטהאַלפּי:
Δh = h₂ − h₁
די ענדערונג באַשרײַבט די ענדערונג אין ענערגיע אינהאַלט פון אַ פליסיקייט רעכט צו היץ, קילן, יקספּאַנשאַן, קאַמפּרעסיע, אָדער פאַזע ענדערונג (למשל, וואַסער צו דאַמף). אין פילע טערמישע קאָמפּאָנענטן, איז די ענטהאַלפּיע ענדערונג גלייך פֿאַרבונדן מיט דער היץ און אַרבעט וואָס איז פֿאַרבונדן.
אלס א ביישפיל:
– אין אַ בוילער, פאַרגרעסערט זיך ענטהאַלפּיע ווײַל די פליסיקייט באַקומט היץ.
– אין טורבינעס, פאַרקלענערט זיך ענטהאַלפּיע ווײַל פליסיק ענערגיע ווערט פארוואנדלט אין שאַפט אַרבעט.
– אין דעם קאָנדענסער, פאַרקלענערט זיך די ענטהאַלפּיע ווײַל דער דאַמף גיט אַרויס היץ צו דער סביבה אָדער קיל-מיטל.
3. ענטהאַלפּיע אין אַ קאָנסטאַנטער שטראָם ענערגיע גלייכונג
די מערסט געוויינטלעכע אנאליז פון מעכאנישע אינזשעניריע טערמישע סיסטעמען איז סטעדי-פלוס. די ענערגיע גלייכונג פאר א סטעדי-פלוס קאנטראל וואליום (סטעדי פלוס ענערגיע גלייכונג/SFEE) ווערט אפט געשריבן אלס:
q − w = (h₂ − h₁) + (V₂² − V₁²)/2 + g(z₂ − z₁)
מיט:
– q = היץ פּער מאַסע־איינהייט (kJ/kg)
– w = ארבעט פּער מאַסע־איינהייט (kJ/kg)
– V = שטראָם גיכקייט (מ/ס)
– ז = הייך (מ)
– g = אַקסעלעראַציע רעכט צו גראַוויטאַציע (m/s²)
אין פילע מעכאנישע אינזשעניריע אַפּליקאַציעס, די ענדערונגען אין קינעטישע און פּאָטענציעלע ענערגיע זענען לעפיערעך קליין קאַמפּערד צו די ענדערונג אין ענטהאַלפּיע, אַזוי זיי זענען אָפט סימפּליפייד צו:
q − w ≈ h₂ − h₁
די פּשוטע באַציִונג איז זייער שטאַרק: אויב מיר ווייסן ווי היץ און אַרבעט פּאַסירן, קענען מיר אָפּשאַצן די ענטהאַלפּי ענדערונג; אָדער פאַרקערט, אויב די ענטהאַלפּי דאַטן זענען באַקאַנט (למשל פֿון דאַמף טאַבעלעס), קענען מיר רעכענען די טורבינע אַרבעט אָדער די קאַמפּרעסער מאַכט רעקווייערמענץ.
4. ענטהאַלפּי ענדערונגען אין די הויפּט קאָמפּאָנענטן פון אַ טערמישער סיסטעם
א) בוילער און הייצער
אין אַ בוילער ווערט וואַסער געהייצט ביז עס ווערט פארע. דער פּראָצעס קען אַרייננעמען:
1) הייצן פון פליסיג וואַסער (פאַרשטענדלעכע הייצונג),
2) פארדאַמפּונג (לאַטענט הייצונג),
3) איבערהייצן (ווייטערדיגע פארע-הייצן).
אלע דריי פארגרעסערן די ענטהאלפי באדייטנד. קאנצעפטועל:
q_in ≈ h_out − h_in
וואָס העכער דער בוילער אַרויסגאַנג דרוק און טעמפּעראַטור, אַלץ גרעסער די ענטהאַלפּיע פון פּראָדוצירטן דאַמף, און בכלל אַלץ העכער די פּאָטענציעלע אַרבעט וואָס קען עקסטראַקטירט ווערן אין דער טורבין.
ב) פארע טורבינעס און גאז טורבינעס
אין אַ טורבין, טוט די פליסיקייט אַרבעט אויף די בליידז און שאַפט. אונטער אַדיאַבאַטישע באדינגונגען (אומגעפער קיין היץ טראַנספער):
אויס ≈ אין − אויס
דאָס מיינט אַז די ענטהאַלפּיע רעדוקציע אין אַ טורבינע איז גלייך פֿאַרבונדן מיט דער אַרבעט וואָס ווערט פּראָדוצירט. פֿאַר דאַמף טורבינען, ווערט ענטהאַלפּיע דאַטן געוויינטלעך באַקומען פֿון טאַבעלעס אָדער מאָליער (הס) דיאַגראַמען. פֿאַר גאַז טורבינען, ווערט ענטהאַלפּיע אָפֿט אויסגערעכנט מיט ספּעציפֿישע היץ קאַפּאַציטעט, ניצנדיק אַן אידעאַלן גאַז צוגאַנג.
ג) פּאָמפּעס און קאָמפּרעסאָרן
פּאָמפּעס (פֿאַר פליסיקייטן) און קאָמפּרעסאָרן (פֿאַר גאַזן) דאַרפֿן אַרבעט. פֿאַר פּאָמפּעס, ווײַל פליסיקייטן זענען כּמעט נישט קאָמפּרעסירבאר, איז די ענטהאַלפּיע ענדערונג רעלאַטיוו קליין און ווערט אָפֿט אַפּראָקסימירט דורך:
w_in ≈ v (p₂ − p₁)
אין גאז קאמפרעסארן, קען די ענטהאלפי פארגרעסערונג זיין גרויס און איז פארבונדן מיט דער טעמפעראטור פארגרעסערונג צוליב קאמפרעסיע. אין אן אדיאבאטישן קאמפרעסאר:
וו_אין ≈ ה_אויס − ה_אין
די פאַרגרעסערונג אין ענטהאַלפּי ווײַזט אויף די ענערגיע וואָס ווערט צוגעגעבן צום פליסיקייט דורך שאַפט אַרבעט.
ד) קאָנדענסער
דער קאָנדענסער נעמט אַוועק היץ פֿון דעם דאַמף ביז עס קאָנדענסירט אין פֿליסיקייט. ווען עס איז נישטאָ קיין שאַפט אָפּעראַציע:
q_out ≈ h_in − h_out
די ענטהאַלפּיע פאַרקלענערונג אין דעם קאָנדענסער איז בכלל גרויס ווייַל עס ינוואַלווז די מעלדונג פון לאַטענט היץ בעשאַס קאָנדענסאַציע, וואָס איז זייער דאָמינאַנט קאַמפּערד צו די נאָרמאַל טעמפּעראַטור פאַרקלענערונג.
ה) עקספּאַנשאַן ווענטיל (דראָסל ווענטיל)
עקספּאַנשאַן ווענטילן ווערן געוויינטלעך געפֿונען אין קיל סיסטעמען און עטלעכע דאַמף סיסטעמען. דער דראָטלינג פּראָצעס האט אַ וויכטיקע כאַראַקטעריסטיק: קאָנסטאַנטע ענטהאַלפּי (איזענטהאַלפּיק) אונטער פילע אינזשעניריע באדינגונגען.
ה₁ ≈ ה₂
כאָטש די ענטהאַלפּיע בלייבט אַנטשיינדזשד, פאַלט דער דרוק דראַמאַטיש, און אַ טייל פון דער פליסיקייט קען טוישן פאַזע (למשל, ווערן אַ פליסיק-דאַמף געמיש). דאָס איז וויכטיק אין קיל-ציקלען ווייל עס רעזולטירט אין אַ נידעריקער טעמפּעראַטור נאָך יקספּאַנשאַן.
5. ענטהאַלפּיע און פאַזע ענדערונגען פון אַרבעטס פלוידס
ענטהאלפּי ענדערונגען זענען מערסט באַמערקט אין פּראָצעסן וואָס אַרייַנציען פאַזע ענדערונגען, אַזאַ ווי:
– קאָכנדיק וואַסער ווערט דאַמף,
– פארע קאנדענסירט זיך אין וואסער,
– דער קילמאַטעריאַל פֿאַרדאַמפּפֿט זיך אין פֿאַרדאַמפּפֿער.
די לאַטענטע היץ פון פארדאַמפּונג אָדער קאָנדענסאַציע פּראָדוצירט אַן ענטהאַלפּיע פאַרגרעסערונג אָן אַ באַדייטנדיק טעמפּעראַטור פאַרגרעסערונג אונטער קאָנסטאַנטן דרוק. דעריבער, ענטהאַלפּיע אַנאַליז איז קריטיש אין דיזיינינג בוילערס, קאָנדענסערס, פארדאַמפּפערס און צוויי-פאַסע היץ וועקסלערס.
6. באַניץ פון ענטהאַלפּיע דאַטן אין מעכאַניש אינזשעניריע פּראַקטיק
אין פילע פאַקטישע פעלער, רעכענען אינזשענירן נישט אויס ענטהאַלפּיע פֿון דער גרונט־פֿאָרמולע, נאָר ניצן זיי:
– דאַמף טישן,
– hs דיאַגראַם (מאָליער),
– טערמאָדינאַמישע אייגנשאַפט ווייכווארג (REFPROP, EES, CoolProp),
– פאַבריקאַנט דאַטן.
קליינע טעותים אין ענטהאלפּיע מעסטונגען קענען מאַכן באַדייטנדיקע אונטערשיידן אין שאַצונגען פון טורבין מאַכט, ברענשטאָף באדערפענישן, אָדער קיל קאַפּאַציטעט. דעריבער, סעלעקטירן די צונעמען אַפּערייטינג באדינגונגען (דרוק/טעמפּעראַטור) און פֿאַרשטיין פּאַרע קוואַליטעט זענען קריטיש.
7. קעסימפולאַן
ענטהאַלפּי ענדערונג איז אַ קערן באַגריף אין מעכאַניש אינזשעניריע טערמישע סיסטעמען אַנאַליז ווייַל עס פֿאַרבינדט גלייך די דערשיינונגען פון היץ, אַרבעט, און פליסיק צושטאַנד ענדערונגען אין פלוס ויסריכט. דורך נוצן די סטאַביל-שטאַט ענערגיע גלייכונג, קען ענטהאַלפּי ענדערונג ווערן גענוצט צו רעכענען טורבינע אַרבעט, קאַמפּרעסער מאַכט, היץ צוגעגעבן צו די קעסל, און היץ אָפּגעוואָרפן אין די קאָנדענסער. ענטהאַלפּי דינט ווי אַ פּראַקטיש "שפּראַך" פֿאַר אינזשענירן צו פֿאַרשטיין די פאָרשטעלונג און עפעקטיווקייט פון טערמישע ציקלען אַזאַ ווי ראַנקין, ברייטאָן, און קיל סיסטעמען. מאַסטערינג ענטהאַלפּי ענדערונג מיינט צו קענען לייענען און פּלאַנירן טערמישע סיסטעמען מער אַקיעראַטלי, זיכער, און עפעקטיוו.
אויב איר ווילט, קען איך צולייגן איינפאכע רעכענונג ביישפילן (למשל פארע טורבינען אדער קאמפרעסארן) כדי צו מאכן דעם ארטיקל מער אנגעווענדלעך און נענטער צו די באדערפענישן פון לעקציעס/פראקטישע ארבעט.
