Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

К сведению студентов

Основные понятия физики

Формы и виды энергии

Классификация физических систем

Основная идея системы величин

Таблицы физических величин

Итоги и выводы:

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Заряды физического поля

     Новые единицы величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Новый взгляд на         явления переноса

     Критерии подобия всюду

     Современная революция         в метрологии

Системный подход в экономике

История систематизации
величин и единиц


Необходимость модернизации
обучения физике


Учебно-наглядные пособия


Новости сайта

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Процесс переноса энергоносителей через физическую систему

СОДЕРЖАНИЕ.
1. Особенности перехода видов энергии при движении энергоносителей через систему.
2. Равномерный и неравномерный процессы переноса энергоносителей через систему.
3. Обобщение первого закона Ньютона для проточных систем.
4. Координата состояния процесса переноса энергоносителей.
5. Уравнение переходного процесса переноса энергоносителей.
6. Изменения параметров системы при переходном процессе переноса.
7. Особенности ускорения потока энергоносителей через систему.


ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я), а по поводу примененных обозначений – по ссылке Символьный указатель (латинские буквы и греческие буквы).

1. Особенности перехода видов энергии при движении энергоносителей через систему.

Перенос энергоносителей может происходить только в проточной системе. Как только значение потенциальной энергии системы-источника (Wр)in становится больше значения потенциальной энергии системы-стока (Wр)out (см. схему), возникает процесс переноса энергоносителей через систему. Разность потенциальных энергий (Wр)in − (Wр)out обычно поддерживается искусственно. Та часть потенциальной энергии системы-источника (Wр)in , которая вносится энергоносителями в проточную систему, преобразуется в кинетическую энергию упорядоченной формы движения Wk внутри проточной системы. На схеме это преобразование имеет вид скачкообразного процесса, показанного жирной ломаной линией, но в реальности оно происходит плавно, захватывая частично область перехода от системы-источника к проточной системе с обеих сторон. Обратное преобразование кинетической энергии проточной системы в потенциальную энергию системы-стока происходит аналогично, только с другим знаком. При равномерном процессе переноса значение кинетической энергии Wk в каждом сечении внутри проточной системы постоянно. Переход потенциальной энергии системы-источника в кинетическую энергию на входе в систему и обратный переход кинетической энергии в потенциальную на выходе из системы происходят постоянно и постольку, поскольку существует разность между значениями потенциальной энергии системы-источника и системы-стока.

Часть кинетической энергии Wk упорядоченных форм движения переходит по длине системы в кинетическую энергию неупорядоченного теплового движения, то есть в энергию диссипации WR , что повышает температуру внутри системы. В итоге разность между потенциальными энергиями на входе и на выходе из системы составляет энергию тепловой формы движения диссипации WR = (Wр)in − (Wр)out . Переход Wk в WR вдоль системы постоянно компенсируется переходом потенциальной энергии в кинетическую, в результате чего значение кинетической энергии вдоль системы остается неизменным, а падает значение потенциальной энергии. В качестве примера можно привести поток жидкости в трубе, где вдоль трубы падает статическое давление, а динамическое давление остается неизменным.

2. Равномерный и неравномерный процессы переноса энергоносителей через систему.

Если разность дисбалансов энергообмена постоянна: (Wр)in − (Wр)out = const, то перенос энергоносителей через систему является равномерным процессом, а сама система находится в равновесном динамическом состоянии. Подразумевается, что в таком состоянии количество энергоносителей внутри системы неизменно, несмотря на их перемещение. Например, количество перемещающихся электронов в проводнике постоянно, если количество вошедших в проводник и вышедших из него электронов одинаково. Другой пример, в системе "тепловая электростанция" имеется подсистема-источник "тепловой котел", в котором всегда поддерживается избыток тепловой энергии, и подсистема-сток "конденсатор", который постоянно служит приемником тепловой энергии. А энергоносители тепловой энергии постоянно перемещаются через турбины.

Если разность дисбалансов энергообмена непостоянна, то перенос энергоносителей через систему является неравномерным процессом. Однако это не влияет на неизменность количества энергоносителей внутри системы, поскольку проточная система не обладает ёмкостью для их накопления. Неравновесие проточных систем следует рассматривать как неравновесие процесса переноса энергоносителей. Изменяется скорость переноса энергоносителей, а не их количество в системе.

3. Обобщение первого закона Ньютона для проточных систем.

При изменении значений (Wр)in или (Wр)out (или обоих одновременно) значение потока энергоносителей через систему будет меняться в течение переходного процесса. Поэтому переменной величиной в проточных системах является поток энергоносителей. Это позволяет сформулировать первый закон динамики Ньютона при рассмотрении проточных систем в обобщенном виде:

Физическая проточная система продолжает находиться в состоянии динамического равновесия, то есть в состоянии, когда через неё протекает постоянный по значению поток энергоносителей, пока и поскольку эта система не понуждается изменить это состояние приложенным к ней изменением энергообмена на входе и/или на выходе системы“.

4. Координата состояния процесса переноса энергоносителей.

Для анализа процесса переноса энергоносителей применяется элементарное количество движущихся энергоносителей dqfl . Кординатой состояния процесса переноса является ток энергоносителей i = dqfl /dt = (dqfl /dl)v. В электромагнетизме под i подразумевают электрический ток. В современной физике ток (под названием сила тока) некорректно считается скалярной величиной.

Поток энергоносителей Φ = iS , где S – площадь сечения потока. Это уравнение можно записать также в виде Φ = (dqfl /dl)vS . Произведение (vS) является объёмным расходом энергоносителей QV в проточной системе. В текучих средах, где частицы движутся хаотично, поток Φ является величиной усредненной и выглядит как превышение усредненной скорости энергоносителей в направлении потока над усредненной скоростью энергоносителей в обратном направлении. При переходном процессе имеет место временное изменение значения потока. Между потоком энергоносителей Φ в проточных и непроточных системах существует различие. В непроточной системе поток Φ имеет место только при переходном процессе, а в проточной системе он существует всегда.

5. Уравнение переходного процесса переноса энергоносителей.

Аргументом уравнения переходного процесса в проточной системе является ток энергоносителей i. В обобщенном уравнении динамики, применяемом для проточных систем, отсутствует противодействие жесткости РD , так как полное количество энергоносителей q в проточной системе не изменяется, а два других противодейстия становятся векторными величинами. Поэтому уравнение динамики для проточной системы имеет вид:

Ri + I(di/dt) + ... = РR + РI = − ΔР . ( 1 )

В уравнении (1) R и I – те же сопротивление и инертность, что и в уравнении переходного процесса для непроточной системы. Только в проточной системе сопротивление R может включать в себя дополнительно сумму диссипативных сопротивлений тех участков системы-источника, системы-стока и проточной системы, которые примыкают к контрольным поверхностям проточной системы.

В промежуток времени, когда проходит переходный процесс, уравнение непрерывности потока в проточной системе i = ∫S jl dS = const не соблюдается. Это означает не разрыв сплошности среды, а отсутствие постоянства интеграла.

6. Изменения параметров системы при переходном процессе переноса.

При постоянстве дисбалансе энергообмена ΔW процесс переноса энергоносителей через систему равномерный. Если в какой-то момент времени скачкообразно возникнет дополнительный дисбаланс энергообмена, равный ΔWen (см. рис. а), то постоянство значения потока энергоносителей Φ нарушится. Суммарный дисбаланс энергообмена уже будет равен ΔWΣ = (ΔW + ΔWen), что приводет к переходному процессу изменения потока Φ.

Переходный процесс будет длиться, пока при новом значении ΔWΣ не установится новое значение потока ΦΣ = Φ + ΔΦ (см. рис. б). На рис. в показано изменение ускорения потока, а на рис г - графики изменений противодействий системы в период переходного процесса.

Противодействие диссипации плавно растет со временем, пока не станет к концу переходного процесса равным полному противодействию. А противодействие инертности резко возрастает в первый момент и потои плавно уменьшается до нуля.







7. Особенности ускорения потока энергоносителей через систему.

Изменение потока по времени dΦ/dt после начального всплеска обычно асимптотически приближается к нулю. Если же это изменение все время положительно или все время отрицательно, то речь может идти о двух особых случаях.

Первый случай наступает при очень малых значениях сопротивления проточной системы (при R → 0). В этом случае происходит нарастание потока Φ до какого-то предельно допустимого значения, выше которого наступает аварийная ситуация. Например, в электрической форме движения нарастание электрического тока возможно лишь до ситуации, называемой коротким замыканием.

Второй случай наступает при очень больших значениях сопротивления системы (при R → ∞). Тогда значение потока становится настолько малым, что приводит к торможению и, наконец, к остановке технологического процесса. Например, в электрической форме движения это соответствует режиму холостого хода.

Из сказанного следует, что для нормального протекания технологического процесса усредненное во времени значение dΦ/dt должно быть равно нулю, что обычно и обеспечивается техническими средствами. По этим же причинам dΦ/dt не может быть использовано в качестве аргумента уравнения динамики.


© И. Коган Дата первой публикации 10.03.2008
Дата последнего обновления 19.05.2013

Оглавление раздела Предыдущая Следующая