Awọn Iyipada Enthalpy ninu Awọn Eto Ooru ni Imọ-ẹrọ Mekaniki
Nínú ayé ìmọ̀ ẹ̀rọ ẹ̀rọ, ìjíròrò nípa agbára ní ìsopọ̀ mọ́ àwọn ètò ooru bíi boilers, steam turbines, compressors, condensers, heat exchangers, àti inners combustion inner. Ọ̀kan lára àwọn ìwọ̀n thermodynamic tí a sábà máa ń lò láti ṣe àyẹ̀wò ìyípadà agbára nínú àwọn ẹ̀rọ wọ̀nyí ni enthalpy. Enthalpy wúlò gan-an nítorí pé àwọn ìlànà nínú àwọn ẹ̀rọ ooru sábà máa ń wáyé láàrín ìṣàn omi (iwọ̀n ìṣàkóso), dípò láàrín ètò tí a ti pa (control mass). Nítorí náà, lílóye àwọn ìyípadà enthalpy ṣe pàtàkì láti mọ ibi tí agbára náà ń lọ nínú ìlànà kan.
1. Lílóye Enthalpy àti ìtumọ̀ ara rẹ̀
Gẹ́gẹ́ bí ìtumọ̀, enthalpy (H) jẹ́ iye thermodynamic tí a gbé kalẹ̀ gẹ́gẹ́ bí:
H = U + pV
pẹlu:
– U = agbara inu
– p = titẹ
– V = iwọn didun
Fun itupalẹ awọn eto sisan, fọọmu kan pato ni a maa n lo:
h = u + pv
níbi tí h jẹ́ enthalpy pàtó (kJ/kg). A sábà máa ń túmọ̀ ọ̀rọ̀ pv afikún sí agbára tí ó níí ṣe pẹ̀lú “iṣẹ́ ìṣàn,” ìyẹn ni, iṣẹ́ tí a nílò láti gbé omi náà sínú tàbí jáde kúrò nínú ìwọ̀n ìṣàkóso kan. Ìdí nìyí tí enthalpy fi rọrùn fún ṣíṣàyẹ̀wò àwọn ẹ̀rọ bíi turbines, nozzles, diffusers, pumps, àti compressors.
2. Iyipada Enthalpy (Δh) ninu Awọn Ilana Ooru
Nínú iṣẹ́ ìmọ̀ ẹ̀rọ, ohun tó ṣe pàtàkì jùlọ kìí ṣe iye enthalpy nìkan, ṣùgbọ́n ìyípadà nínú enthalpy:
Δh = h₂ − h₁
Ìyípadà yìí ń ṣàlàyé ìyípadà nínú agbára tí omi ń kó nítorí ìgbóná, ìtútù, ìfẹ̀sí, ìfúnpọ̀, tàbí ìyípadà ìpele (fún àpẹẹrẹ, omi sí steam). Nínú ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn èròjà ooru, ìyípadà enthalpy ní í ṣe pẹ̀lú ooru àti iṣẹ́ tí ó ní í ṣe pẹ̀lú rẹ̀.
Fún àpẹẹrẹ:
– Nínú ìgbóná omi, enthalpy máa ń pọ̀ sí i nítorí pé omi náà máa ń gba ooru.
– Nínú àwọn turbines, enthalpy máa ń dínkù nítorí pé agbára omi ni a máa ń yípadà sí iṣẹ́ ọ̀pá.
– Nínú ẹ̀rọ ìtújáde, enthalpy máa ń dínkù nítorí pé èéfín náà máa ń tú ooru jáde sí àyíká tàbí ibi tí ó ń tutù.
3. Enthalpy nínú Ìdánwò Agbára Ìṣàn Dídúró
Ìṣàyẹ̀wò tó wọ́pọ̀ jùlọ nípa àwọn ètò ooru ẹ̀rọ ni ìṣàn-dúróṣinṣin. Ìṣètò agbára fún iwọ̀n ìṣàkóso ìṣàn-dúróṣinṣin (Ìṣètò Ìṣàn-dúróṣinṣin/SFEE) ni a sábà máa ń kọ gẹ́gẹ́ bí:
q − w = (h₂ − h₁) + (V₂² − V₁²)/2 + g(z₂ − z₁)
pẹlu:
– q = ooru fun iwọn kan (kJ/kg)
– w = iṣẹ́ fún ìwọ̀n ẹyọ kan (kJ/kg)
– V = iyàrá ìṣàn (m/s)
– z = gíga (m)
– g = isare nitori agbara walẹ (m/s²)
Nínú ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ohun èlò ìmọ̀ ẹ̀rọ, àwọn ìyípadà nínú agbára kínẹ́ẹ̀tì àti agbára tó ṣeé ṣe kéré ní ìfiwéra pẹ̀lú ìyípadà nínú enthalpy, nítorí náà, wọ́n sábà máa ń rọrùn láti sọ pé:
q − w ≈ h₂ − h₁
Ìbáṣepọ̀ tó rọrùn yìí lágbára gan-an: tí a bá mọ bí ooru àti iṣẹ́ ṣe ń ṣẹlẹ̀, a lè ṣe ìṣirò ìyípadà enthalpy; tàbí ní ọ̀nà mìíràn, tí a bá mọ ìwífún enthalpy (fún àpẹẹrẹ láti inú àwọn tábìlì steam), a lè ṣírò iṣẹ́ turbine tàbí agbára compressor.
4. Àwọn Àyípadà Enthalpy nínú Àwọn Ẹ̀yà Pàtàkì ti Ètò Ìgbóná
a) Boiler ati Heater
Nínú ìgbóná omi, a máa ń gbóná omi títí tí yóò fi di ooru. Ìlànà náà lè ní nínú:
1) gbígbóná omi olómi (ìgbóná tó bójú mu),
2) ìtújáde (ìgbóná tí ó fara sin),
3) igbona otutu (igbona ooru siwaju sii).
Àwọn mẹ́tẹ̀ẹ̀ta yìí mú kí enthalpy pọ̀ sí i ní pàtàkì.
q_in ≈ h_out − h_in
Bí ìfúnpá àti otútù inú omi tó ń jáde nínú boiler bá ṣe pọ̀ tó, bẹ́ẹ̀ náà ni enthalpy tí steam ń mú jáde ṣe pọ̀ tó, àti pé gbogbogbòò iṣẹ́ tó ṣeé ṣe tí a lè yọ jáde nínú turbine náà yóò pọ̀ tó.
b) Àwọn ẹ̀rọ turbines àti àwọn ẹ̀rọ gaasi
Nínú turbine, omi náà máa ń ṣiṣẹ́ lórí àwọn abẹ́ àti ọ̀pá. Lábẹ́ àwọn ipò adiabatic (ó fẹ́rẹ̀ẹ́ má sí ìgbéjáde ooru):
w_out ≈ h_in − h_out
Èyí túmọ̀ sí wípé ìdínkù enthalpy nínú turbine kan ní í ṣe pẹ̀lú iṣẹ́ tí a ṣe. Fún àwọn turbine steam, a sábà máa ń gba ìwífún enthalpy láti inú àwọn tábìlì tàbí àwòrán Mollier (hs). Fún àwọn turbine gas, a sábà máa ń ṣírò enthalpy nípa lílo agbára ooru pàtó kan, nípa lílo ọ̀nà gaasi tó dára jùlọ.
c) Àwọn Pọ́ọ̀pù àti Àwọn Pọ̀mpútà
Àwọn pọ́ọ̀pù (fún omi) àti àwọn kọ́mpútà (fún àwọn gáàsì) nílò iṣẹ́ ìtẹ̀síwájú. Fún àwọn pọ́ọ̀pù, níwọ̀n ìgbà tí omi kò ṣeé kọ̀, ìyípadà enthalpy kéré ní ìfiwéra, a sì sábà máa ń fojú díwọ̀n rẹ̀ nípa:
w_in ≈ v (p₂ − p₁)
Nínú àwọn ẹ̀rọ amúlétutù gaasi, ìbísí enthalpy lè pọ̀ sí i, ó sì ní í ṣe pẹ̀lú ìbísí iwọ̀n otútù nítorí ìfúnpọ̀. Nínú ẹ̀rọ amúlétutù adiabatic:
w_in ≈ h_out − h_in
Alekun ninu enthalpy tọka si agbara ti a fi kun omi naa nipasẹ iṣẹ ọpa.
d) Kondenser
Ẹ̀rọ ìfọ́mọ́ra náà máa ń mú ooru kúrò nínú èéfín náà títí tí yóò fi di omi. Nígbà tí kò bá sí iṣẹ́ ọ̀pá:
q_out ≈ h_in − h_out
Ìdínkù enthalpy nínú condenser sábà máa ń pọ̀ nítorí pé ó ní í ṣe pẹ̀lú ìtújáde ooru ìfarapamọ́ nígbà ìtújáde, èyí tí ó lágbára gan-an ní ìfiwéra pẹ̀lú ìdínkù otutu déédéé.
e) Ààbò Ìfẹ̀sí (Ààbò Ìfàsẹ́yìn)
Àwọn fáàfù ìfàsẹ́yìn sábà máa ń wà nínú àwọn ẹ̀rọ ìfọ́jú àti àwọn ẹ̀rọ ìgbóná omi. Ìlànà fífọ́ omi ní ànímọ́ pàtàkì kan: enthalpy tí ó dúró ṣinṣin (isenthalpic) lábẹ́ ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ipò ìmọ̀ ẹ̀rọ.
h₁ ≈ h₂
Bó tilẹ̀ jẹ́ pé enthalpy náà kò yí padà, ìfúnpá náà máa ń dínkù gidigidi, díẹ̀ lára omi náà sì lè yí ìpele padà (fún àpẹẹrẹ, ó di àdàpọ̀ omi àti èéfín). Èyí ṣe pàtàkì nínú àwọn ìyípo ìtútù nítorí pé ó máa ń yọrí sí iwọ̀n otútù díẹ̀ lẹ́yìn ìfẹ̀ sí i.
5. Awọn iyipada inu ati awọn ipele ti awọn omi ti n ṣiṣẹ
Awọn iyipada enthalpy ṣe pataki julọ ninu awọn ilana ti o ni awọn iyipada ipele, gẹgẹbi:
– omi gbígbóná yípadà sí ooru,
– eefin a máa di omi,
– firiji naa n gbẹ ninu ẹrọ ti n mu omi kuro.
Ooru ti o farasin ti vaporization tabi condensation n mu ilosoke enthalpy jade laisi ilosoke iwọn otutu pataki labẹ titẹ nigbagbogbo. Nitorinaa, itupalẹ enthalpy ṣe pataki ni ṣiṣe apẹrẹ awọn boilers, awọn condensers, awọn evaporator, ati awọn paarọ ooru oni-ipele meji.
6. Lilo Data Enthalpy ninu Iṣe Imọ-ẹrọ Mekaniki
Nínú ọ̀pọ̀lọpọ̀ ọ̀ràn gidi, àwọn onímọ̀ ẹ̀rọ kìí ṣírò enthalpy láti inú àgbékalẹ̀ ìpìlẹ̀, ṣùgbọ́n dípò bẹ́ẹ̀ wọ́n máa ń lo:
– àwọn tábìlì ìgbóná,
– àwòrán hs (Mollier),
– sọ́fítíwọ́ọ̀tì ohun-ìní thermodynamic (REFPROP, EES, CoolProp),
– data olupese.
Àwọn àṣìṣe kékeré nínú kíkà enthalpy lè mú ìyàtọ̀ pàtàkì wá nínú ìṣirò agbára turbine, àwọn ohun tí epo nílò, tàbí agbára ìtútù. Nítorí náà, yíyan àwọn ipò ìṣiṣẹ́ tó yẹ (títẹ̀/iwọ̀n otútù) àti òye dídára èéfín ṣe pàtàkì.
7. Kesimpolan
Ìyípadà enthalpy jẹ́ èrò pàtàkì nínú ìṣàyẹ̀wò àwọn ètò ìgbóná ẹ̀rọ nípa ẹ̀rọ nítorí pé ó so àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ ooru, iṣẹ́, àti ìyípadà ipò omi pọ̀ ní ẹ̀rọ ìṣàn. Nípa lílo ìṣirò agbára ìdúróṣinṣin, a lè lo ìyípadà enthalpy láti ṣírò iṣẹ́ turbine, agbára compressor, ooru tí a fi kún boiler, àti ooru tí a kọ̀ sínú condenser. Enthalpy ń ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí "èdè" tó wúlò fún àwọn onímọ̀ ẹ̀rọ láti lóye iṣẹ́ àti ìṣiṣẹ́ àwọn ìyípo ooru bíi Rankine, Brayton, àti àwọn ètò ìtura. Mímọ ìyípadà enthalpy túmọ̀ sí pé a lè ka àti ṣe àgbékalẹ̀ àwọn ètò ìgbóná dáadáa, láìléwu, àti lọ́nà tó dára.
Tí o bá fẹ́, mo lè fi àwọn àpẹẹrẹ ìṣirò tó rọrùn kún un (fún àpẹẹrẹ àwọn turbines steam tàbí compressors) láti jẹ́ kí àpilẹ̀kọ náà wúlò síi àti láti sún mọ́ àwọn àìní àwọn àsọyé/iṣẹ́ ìṣe.
