دانلود کتاب ترمودینامیک سنجل ترجمه فارسی

دانلود کتاب ترمودینامیک سنجل ترجمه فارسی (نسخه کامل)

نسخه : پی دی اف 

کیفیت: تایپ شده و رنگی

دارای قابلیت سرچ

دانلود فایل

جلد. اغلب یک یا چند عبارت در معادله بالا دانلود کتاب ترمودینامیک سنجل فارسی با قابلیت سرچ هستند. به عنوان مثال، mi = 0 اگر هیچ جرمی به حجم کنترل در طول فرآیند وارد نشود، من = 0 اگر جرمی خارج نشود، و m1 = 0 اگر حجم کنترل در ابتدا تخلیه شود. محتوای انرژی یک حجم کنترل با زمان در طول یک فرآیند جریان ناپایدار تغییر می کند. بزرگی تغییر به مقدار انتقال انرژی در سراسر مرزهای سیستم به عنوان گرما و کار و همچنین به مقدار انرژی منتقل شده به داخل و خارج از حجم کنترل بر حسب جرم در طول فرآیند بستگی دارد. هنگام تجزیه و تحلیل یک فرآیند جریان ناپایدار، باید محتوای انرژی حجم کنترل و همچنین انرژی های جریان های ورودی و خروجی را پیگیری کنیم. تراز کلی انرژی قبلاً داده شده بود تعادل انرژی:
 
به طور کلی، تجزیه و تحلیل فرآیند کلی جریان ناپایدار دشوار است زیرا خواص جرم در ورودی و خروجی ممکن است در طول یک فرآیند تغییر کند. با این حال، اغلب فرآیندهای جریان ناپایدار را می توان به خوبی با فرآیند جریان یکنواخت نشان داد، که شامل ایده آل سازی زیر است: جریان سیال در هر ورودی یا خروجی یکنواخت و ثابت است و بنابراین خواص سیال با گذشت زمان یا تغییر نمی کند. موقعیت روی سطح مقطع ورودی یا خروجی. اگر این کار را انجام دهند، میانگین می شوند و به عنوان ثابت برای کل فرآیند در نظر گرفته می شوند. توجه داشته باشید که برخلاف سیستم‌های جریان ثابت، وضعیت یک سیستم جریان ناپایدار ممکن است با گذشت زمان تغییر کند و وضعیت جرمی که در هر لحظه از حجم کنترل خارج می‌شود، مانند حالت جرم در حجم کنترل در آن لحظه خواص اولیه و نهایی حجم کنترل را می توان از دانش حالت های اولیه و نهایی تعیین کرد که به طور کامل توسط دو ویژگی فشرده مستقل برای سیستم های تراکم پذیر ساده مشخص می شوند. سپس تعادل انرژی برای یک سیستم جریان یکنواخت را می توان به صراحت به صورت زیر بیان کرد
 
که در آن θ = h + ke + pe انرژی یک جریان سیال در هر ورودی یا خروجی در واحد جرم است و e = u + ke + pe انرژی سیال غیر روان در حجم کنترل در واحد جرم است. هنگامی که تغییرات انرژی جنبشی و پتانسیل مرتبط با حجم کنترل و جریان سیال ناچیز باشد، همانطور که معمولاً اتفاق می‌افتد، تعادل انرژی بالا، t را ساده می‌کند.
 
که در آن Q = Qnet، در = Qin - Qout ورودی گرمای خالص و W = Wnet، out = Wout - Win خروجی خالص کار است. توجه داشته باشید که اگر در طول فرآیند هیچ جرمی وارد حجم کنترل نشود یا از آن خارج نشود (mi = me = 0 و m1 = m2 = m)، این معادله به رابطه تعادل انرژی برای سیستم های بسته کاهش می یابد (شکل 5-48). دانلود کتاب ترمودینامیک سنجل فارسی با قابلیت سرچ توجه داشته باشید که یک سیستم جریان ناپایدار ممکن است شامل کار مرزی و همچنین کار الکتریکی و شفت باشد (شکل 5-49). اگرچه هر دو فرآیند جریان ثابت و جریان یکنواخت تا حدودی ایده آل هستند، بسیاری از فرآیندهای واقعی را می توان به خوبی با یکی از اینها با نتایج رضایت بخش تقریب زد. میزان رضایت به دقت مورد نظر و میزان اعتبار مفروضات انجام شده بستگی دارد.
 
شکل 5-48 معادله انرژی یک سیستم جریان یکنواخت زمانی که تمام ورودی ها و خروجی ها بسته باشند به معادله یک سیستم بسته کاهش می یابد.
 
شکل 5-49 یک سیستم جریان یکنواخت ممکن است شامل کارهای الکتریکی، شفت و مرزی به یکباره باشد.
مثال 5-12 شارژ یک مخزن سفت و سخت توسط بخار یک مخزن سفت و سخت و عایق که در ابتدا تخلیه می شود از طریق یک شیر به خط تغذیه ای متصل می شود که بخار را در 1 مگاپاسکال و 300 درجه سانتیگراد حمل می کند. اکنون دریچه باز می شود و بخار به آرامی در مخزن جریان می یابد تا فشار به 1 مگاپاسکال برسد و در این مرحله شیر بسته می شود. دمای نهایی بخار در مخزن را تعیین کنید. راه حل شیری که مخزن اولیه تخلیه شده را به خط بخار وصل می کند، باز می شود و بخار به دانلود کتاب ترمودینامیک سنجل فارسی با قابلیت سرچ جریان می یابد تا فشار داخل آن به سطح خط افزایش یابد. دمای نهایی مخزن باید تعیین شود. مفروضات 1 این فرآیند را می توان به عنوان یک فرآیند جریان یکنواخت تحلیل کرد زیرا خواص بخار ورودی به حجم کنترل در طول کل فرآیند ثابت می ماند. 2 انرژی جنبشی و پتانسیل جریان ها ناچیز است، ke ≌ pe ≌ 0. 3 مخزن ساکن است و بنابراین تغییرات انرژی جنبشی و پتانسیل آن صفر است. یعنی ΔKE = ΔPE = 0 و ΔEsystem = ΔUsystem. 4 هیچ فعل و انفعالات مرزی، الکتریکی یا شفتی در کار نیست. 5 مخزن به خوبی عایق شده است و بنابراین انتقال حرارت وجود ندارد. تجزیه و تحلیل ما مخزن را به عنوان سیستم در نظر می گیریم (شکل 5-50). این یک حجم کنترل است زیرا جرم در طول فرآیند از مرز سیستم عبور می کند. مشاهده می کنیم که این یک فرآیند جریان ناپایدار است زیرا تغییرات در حجم کنترل رخ می دهد. حجم کنترل در ابتدا تخلیه می شود و بنابراین m1 = 0 و m1u1 = 0. دانلود کتاب ترمودینامیک سنجل فارسی با قابلیت سرچ ، یک ورودی و هیچ خروجی برای جریان جرمی وجود دارد. با توجه به اینکه انرژی میکروسکوپی سیالات جاری و غیرجریان به ترتیب با آنتالپی h و انرژی داخلی u نشان داده می شود، توازن جرم و انرژی برای این سیستم جریان یکنواخت را می توان به صورت زیر بیان کرد. تعادل جرم:
 
تعادل انرژی:
 
 
شکل 5-50 شماتیک برای مثال 5-12.
ترکیب توازن جرم و انرژی می دهد:
                        u2 = hi
  یعنی انرژی داخلی نهایی بخار در مخزن برابر با آنتالپی بخار ورودی به مخزن است. آنتالپی بخار در حالت ورودی به فرم زیر است
 
که برابر با u2 است. از آنجایی که ما اکنون دو ویژگی را در حالت نهایی می دانیم، ثابت است و دما در این حالت از همان جدول تعیین می شود.
 
بحث توجه داشته باشید که دمای بخار در مخزن 156.1 درجه سانتیگراد افزایش یافته است. این نتیجه ممکن است در ابتدا تعجب آور باشد و ممکن است تعجب کنید که انرژی برای افزایش دمای بخار از دانلود کتاب ترمودینامیک سنجل فارسی با قابلیت سرچ آمده است. پاسخ در عبارت آنتالپی h = u + Pv نهفته است. بخشی از انرژی نشان داده شده توسط آنتالپی انرژی جریان Pv است، و این انرژی جریان به انرژی داخلی محسوس تبدیل می شود، زمانی که جریان در حجم کنترل وجود ندارد، و به صورت افزایش دما نشان داده می شود (شکل 5-). 51). راه حل جایگزین این مشکل را می توان با در نظر گرفتن ناحیه داخل مخزن و جرمی که قرار است به عنوان یک سیستم بسته وارد مخزن شود، حل کرد، همانطور که در شکل 5-50b نشان داده شده است. از آنجایی که هیچ جرمی از مرزها عبور نمی کند، مشاهده این به عنوان یک سیستم بسته مناسب است. در طول فرآیند، بخار بالادست (پیستون فرضی) بخار محصور شده در خط تغذیه را با فشار ثابت 1 دانلود کتاب ترمودینامیک سنجل فارسی با قابلیت سرچ به داخل مخزن فشار می دهد. سپس کار مرزی انجام شده در طول این فرآیند به شرح زیر است
 
که در آن Vi حجم اشغال شده توسط بخار قبل از ورود به مخزن و Pi فشار در مرز متحرک (صفحه خیالی پیستون) است. تعادل انرژی برای سیستم بسته می دهد
 
از آنجایی که حالت اولیه سیستم صرفاً شرایط خط بخار است. این نتیجه با آنالیز جریان یکنواخت یکسان است. بار دیگر، افزایش دما توسط به اصطلاح انرژی جریان یا کار جریان ایجاد می شود که انرژی مورد نیاز برای حرکت سیال در طول جریان است.
 
شکل 5-51 دمای بخار از 300 به 456.1 درجه سانتیگراد افزایش می یابد که در نتیجه تبدیل انرژی جریان به انرژی داخلی به مخزن وارد می شود.
مثال 5-13 تخلیه هوای گرم شده در دمای ثابت یک مخزن سفت و سخت 8 مترمکعبی عایق بندی شده حاوی هوا با 600 کیلو پاسکال و 400 کیلو پاسکال است. اکنون دریچه ای که به مخزن متصل است باز می شود و هوا تا زمانی که فشار داخل آن به 200 کیلو پاسکال کاهش یابد اجازه خروج دارد. دمای هوا در طول فرآیند توسط یک بخاری مقاومت الکتریکی که در مخزن قرار می گیرد ثابت نگه داشته می شود. انرژی الکتریکی عرضه شده به هوا در طی این فرآیند را تعیین کنید. راه حل هوای تحت فشار در یک مخزن سفت و سخت عایق شده مجهز به بخاری برقی اجازه خروج در دمای ثابت را دارد تا زمانی که فشار داخل به مقدار مشخصی کاهش یابد. مقدار انرژی الکتریکی عرضه شده به هوا باید تعیین شود. مفروضات 1 این یک فرآیند ناپایدار است زیرا شرایط درون دستگاه در طول فرآیند تغییر می کند، اما می توان آن را به عنوان یک فرآیند جریان یکنواخت تحلیل کرد زیرا شرایط خروج ثابت می ماند. 2 انرژی های جنبشی و بالقوه ناچیز هستند. 3 مخزن دانلود کتاب ترمودینامیک سنجل فارسی با قابلیت سرچ است و بنابراین انتقال حرارت ناچیز است. 4 هوا یک گاز ایده آل با گرمای ویژه متغیر است. تجزیه و تحلیل ما محتویات مخزن را به عنوان سیستم در نظر می گیریم که حجم کنترلی است زیرا جرم از مرز عبور می کند (شکل 5-52). با توجه به اینکه انرژی میکروسکوپی سیالات جاری و غیرجاری به ترتیب با آنتالپی h و انرژی داخلی u نشان داده می شود، توازن جرم و انرژی برای این سیستم جریان یکنواخت را می توان به صورت زیر بیان کرد.  تعادل جرم:
 
تعادل انرژی:
 
ثابت گاز هوا R = 0.287 kPa·m3/kg·K است (جدول A-1). جرم اولیه و نهایی هوا در مخزن و مقدار تخلیه شده از رابطه گاز ایده آل تعیین می شود.
 
آنتالپی و انرژی داخلی هوا در 400 K he = 400.98 kJ/kg و u1 = u2 = 286.16 kJ/kg است (جدول A-17). انرژی الکتریکی عرضه شده به هوا از تعادل انرژی تعیین می شود
 
از 1 کیلووات ساعت = 3600 کیلوژول. بحث اگر دمای هوای تخلیه شده در طول فرآیند تغییر کند، با ارزیابی او در دمای متوسط تخلیه Te = (T2 + T1)/2 و ثابت تلقی آن، می توان مشکل را با دقت معقولی حل کرد.
 
شکل 5-52 شماتیک برای مثال 5-13.
موضوع خاص* معادله انرژی عمومی   یکی از اساسی ترین قوانین در طبیعت، قانون اول ترمودینامیک است که به عنوان اصل بقای انرژی نیز شناخته می شود، که مبنای مناسبی برای مطالعه روابط بین اشکال مختلف برهمکنش های انرژی و انرژی فراهم می کند. بیان می کند که انرژی در طی یک فرآیند نه ایجاد می شود و نه از بین می رود. فقط می تواند شکل ها را تغییر دهد. محتوای انرژی یک مقدار ثابت از جرم (یک سیستم بسته) را می توان با دو مکانیسم تغییر داد: انتقال حرارت Q و انتقال کار W. سپس بقای انرژی برای یک مقدار ثابت جرم را می توان به صورت نرخ بیان کرد.
 
که در آن Q ̇ = Q ̇net، in = Q ̇in - Q ̇out نرخ خالص انتقال حرارت به سیستم است. (منفی، اگر از سیستم باشد)، W ̇ = W ̇ = W ̇ – W ̇ خالص خالص خروجی برق است، خارج از داخل از سیستم در همه اشکال (منفی، در صورت ورودی برق)، و dEsys/dt نرخ تغییر محتوای انرژی کل سیستم است. overdot مخفف نرخ زمان است. برای سیستم های تراکم پذیر ساده، انرژی کل شامل انرژی های داخلی، جنبشی و پتانسیل است و بر اساس واحد جرم به صورت واحد بیان می شود.
 
توجه داشته باشید که انرژی کل یک ویژگی است و مقدار آن تغییر نمی کند مگر اینکه وضعیت سیستم تغییر کند. فعل و انفعال انرژی اگر نیروی محرکه آن یک اختلاف دما باشد، گرما است، و اگر با نیرویی که دانلود کتاب ترمودینامیک سنجل فارسی با قابلیت سرچ یک فاصله عمل می کند همراه باشد، همانطور که در فصل توضیح داده شد، کار است. 2. یک سیستم ممکن است شامل اشکال متعددی از کار باشد و کل کار را می توان به صورت زیر بیان کرد
 
که در آن Wshaft کاری است که توسط یک شفت دوار منتقل می شود، Wpressure کاری است که توسط نیروهای فشار روی سطح کنترل انجام می شود، Wviscous کاری است که توسط اجزای نرمال و برشی نیروهای چسبناک روی سطح کنترل انجام می شود و Wother کار انجام شده است. توسط نیروهای دیگری مانند الکتریکی، مغناطیسی و کشش سطحی که برای سیستم های تراکم پذیر ساده ناچیز است و در این متن لحاظ نشده است. ما Wviscous را نیز در نظر نمی گیریم زیرا معمولاً نسبت به سایر اصطلاحات در تجزیه و تحلیل حجم کنترل کوچک است. اما باید در نظر داشت که کار انجام شده توسط نیروهای برشی در هنگام برش تیغه ها از طریق سیال ممکن است نیاز به بررسی دقیق توربوماشین باشد.
 
شکل 5-53 نیروی فشاری که بر روی (الف) مرز متحرک یک سیستم در دستگاه پیستون-سیلندر، و (ب) سطح دیفرانسیل یک سیستم با شکل دلخواه عمل می کند.
کار انجام شده توسط نیروهای فشار گازی را در نظر بگیرید که در دستگاه پیستون سیلندر نشان داده شده در شکل 5-53a فشرده شده است. هنگامی که پیستون تحت تأثیر نیروی فشار PA یک فاصله دیفرانسیل ds به سمت پایین حرکت می کند، جایی که A سطح مقطع پیستون است، کار مرزی انجام شده روی سیستم δWboundary = PA ds است. تقسیم هر دو طرف این رابطه بر فاصله زمانی دیفرانسیل dt نرخ زمانی کار مرزی (یعنی توان) را به دست می‌دهد.
 
که در آن Vpiston = ds/dt سرعت پیستون است که سرعت مرز متحرک در وجه پیستون است. اکنون یک قطعه مادی از سیال (یک سیستم) با شکل دلخواه را در نظر بگیرید، که با جریان حرکت می کند و آزاد دانلود کتاب ترمودینامیک سنجل فارسی با قابلیت سرچ که تحت تأثیر فشار تغییر شکل دهد، همانطور که در شکل 5-53b نشان داده شده است. فشار همیشه به سمت داخل و نرمال به سطح عمل می کند و نیروی فشاری که بر ناحیه دیفرانسیل dA اثر می کند P dA است. مجدداً با توجه به اینکه کار نیروی مسافت و مسافت طی شده در واحد زمان سرعت است، نرخ زمانی که در آن کار توسط نیروهای فشار بر روی این قسمت دیفرانسیل سیستم انجام می شود، بصورت زیر است.
 
زیرا مولفه نرمال سرعت در ناحیه دیفرانسیل dA Vn = V cos θ = V→·→n است. توجه داشته باشید که →n نرمال بیرونی dA است، و بنابراین کمیت V→·→n برای انبساط مثبت و برای فشرده سازی منفی است. نرخ کل کار انجام شده توسط نیروهای فشار با ادغام فشار δW ̇ در کل سطح A به دست می آید.
 
در پرتو این بحث ها، انتقال توان خالص را می توان به صورت زیر بیان کرد
 
سپس شکل نرخ رابطه پایستگی انرژی برای یک سیستم بسته، می شود:
 
برای به دست آوردن رابطه ای برای بقای انرژی برای حجمدانلود کتاب ترمودینامیک سنجل فارسی با قابلیت سرچ کنترل، قضیه انتقال رینولدز را با جایگزینی خاصیت گسترده B با انرژی کل E، و خاصیت فشرده مربوط به آن b با انرژی کل در واحد جرم e که e = u است، اعمال می کنیم. + ke + pe = u + V 2/2 + gz (شکل 5-54). این بازده؛
 
با جایگزینی سمت چپ معادله 5-53 به معادله 5-54، شکل کلی معادله انرژی که برای حجم های کنترل ثابت، متحرک یا تغییر شکل اعمال می شود، می شود:
 
 
شکل 5-54 بقای معادله انرژی با جایگزینی یک ویژگی دانلود کتاب ترمودینامیک سنجل فارسی با قابلیت سرچ B در قضیه انتقال رینولدز با انرژی E و خاصیت فشرده مرتبط با آن b با e به دست می‌آید (مرجع 3).
که می توان عنوان کرد؛
نرخ خالص انتقال انرژی به یک CV توسط انتقال حرارت و کار برابر است با نرخ زمانی تغییر محتوای انرژی CV به علاوه نرخ جریان خالص انرژی خارج از سطح کنترل توسط جریان جرمی
در اینجا Vr = V - VCS سرعت سیال نسبت به سطح کنترل دانلود کتاب ترمودینامیک سنجل فارسی با قابلیت سرچ  محصول ρ(V→⋅→n)dA نرخ جریان جرمی را از طریق عنصر منطقه dA به داخل یا خارج از حجم کنترل نشان می دهد. با توجه به اینکه →n نرمال بیرونی dA است، مقدار V⋅→n و بنابراین جریان جرمی برای خروجی مثبت و برای جریان ورودی r منفی است. جایگزینی انتگرال سطح برای سرعت کار فشار از معادله 5-51 به معادله 5-55 و ترکیب آن با انتگرال سطح در سمت راست می‌دهد؛
 
این یک شکل بسیار مناسب برای معادله انرژی است زیرا کار فشار اکنون با انرژی سیال عبوری از سطح کنترل ترکیب شده است و دیگر نیازی به کار با فشار نیست. اصطلاح P/ρ = Pv = wflow کار جریان است که کار مرتبط با فشار دادن یک سیال به داخل یا خارج از حجم کنترل در واحد جرم است. توجه داشته باشید که سرعت سیال در سطح جامد به دلیل شرایط بدون لغزش با سرعت سطح جامد برابر است و برای سطوح غیر متحرک صفر است. در نتیجه، کار فشار در امتداد بخش‌هایی از سطح کنترل که با سطوح جامد غیر متحرک منطبق است، صفر است. بنابراین، کار فشار برای حجم های کنترل ثابت تنها می تواند در امتداد قسمت خیالی سطح کنترل که در آن سیال وارد و از حجم کنترل خارج می شود (یعنی ورودی ها و خروجی ها) وجود داشته باشد. این معادله به دلیل وجود انتگرال ها برای حل مسائل مهندسی کاربردی مناسب نیست و بنابراین بازنویسی آن بر حسب میانگین سرعت و دبی جرمی از ورودی ها و خروجی ها مطلوب است. اگر P/ρ + e در یک ورودی یا خروجی تقریباً یکنواخت باشد، می‌توانیم آن را خارج از انتگرال قرار دهیم. با توجه به اینکه m ̇ = ∫ ρ(V→ ⋅→n)dA نرخ جریان جرمی در ورودی یا خروجی است، نرخ جریان ورودی یا خروجی انرژی از ورودی یا خروجی را می توان به صورت m ̇ تقریب زد (P/ρ + ه) سپس معادله انرژی می شود (شکل 5-55)؛
 
که در آن e = u + V 2/2 + gz کل انرژی در واحد جرم برای هر دو حجم کنترل و جریان جریان است. سپس،
 
 
شکل 5-55 در یک مسئله مهندسی معمولی، حجم کنترل ممکن است دارای ورودی ها و خروجی های زیادی باشد. انرژی در هر ورودی جریان دارد و انرژی در هر خروجی خارج می شود. انرژی همچنین از طریق انتقال حرارت خالص و کار شفت خالص وارد حجم کنترل می شود.
یا:
 
که در آن از تعریف آنتالپی h = u + Pv = u + P/ρ استفاده کردیم. دو معادله آخر بیان نسبتاً کلی بقای انرژی هستند، اما استفاده از آنها همچنان محدود به جریان یکنواخت در ورودی ها و خروجی ها و کار ناچیز به دلیل نیروهای ویسکوز و سایر اثرات است. همچنین، زیرنویس "net,in" مخفف "ورودی خالص" است و بنابراین هرگونه انتقال گرما یا کاری اگر به سیستم باشد مثبت و اگر از سیستم منفی است.  
خلاصه اصل بقای جرم بیان می کند که انتقال جرم خالص به یا از یک سیستم در طول یک فرآیند برابر است با تغییر خالص (افزایش یا کاهش) در جرم کل سیستم در طول آن فرآیند و به صورت زیر بیان می شود.
 
که در آن Δmsystem = mfinal – Minitial تغییر جرم سیستم در دانلود کتاب ترمودینامیک سنجل فارسی با قابلیت سرچ  فرآیند است، m ̇in و m ̇out مجموع نرخ های جریان جرم به داخل و خارج از سیستم هستند و dmsystem/dt نرخ تغییر جرم در داخل است. مرزهای سیستم این روابط همچنین به عنوان موازنه جرم شناخته می شود و برای هر سیستمی که تحت هر نوع فرآیندی قرار می گیرد قابل اعمال است. مقدار جرمی که از یک مقطع در واحد زمان عبور می کند، دبی جرمی نامیده می شود و به صورت زیر بیان می شود
 
که ρ = چگالی سیال، V = سرعت متوسط سیال نرمال به A، و A = سطح مقطع نرمال به جهت جریان. حجم سیالی که از یک مقطع در واحد زمان عبور می کند، دبی حجمی نامیده می شود و به صورت زیر بیان می شود
 
کار مورد نیاز برای فشار دادن یک واحد جرم سیال به داخل یا خارج از یک حجم کنترل جریان کار یا انرژی جریان نامیده می شود و به صورت wflow = Pv بیان می شود. در تجزیه و تحلیل حجم های کنترل، ترکیب انرژی دانلود کتاب ترمودینامیک سنجل فارسی با قابلیت سرچ و انرژی داخلی در آنتالپی راحت است. سپس انرژی کل یک سیال جاری به صورت زیر بیان می شود.
 
کل انرژی منتقل شده توسط یک سیال جاری به جرم m با خواص یکنواخت mθ است. سرعت انتقال انرژی توسط سیال با دبی جرمی m ̇ m ̇θ است. وقتی انرژی جنبشی و پتانسیل یک جریان سیال ناچیز باشد، مقدار و سرعت انتقال انرژی به ترتیب به Emass = mh و E ̇mass = m ̇ h تبدیل می شود.