ระบบเปิด/เทอร์โมไดนามิกส์

 

  1. ระบบเปิด (Open System)  คืออะไร มีกี่แบบ อะไรบ้าง

ตอบ    มี 2 แบบ  คือ

  1. ระบบเปิดที่มีการไหลไม่สม่ำเสมอ  แบบนี้มวลไหลเข้าและออกจากระบบไม่เท่ากัน
  2. ระบบเปิดที่มีการไหลสม่ำเสมอ  แบบนี้มวลไหลเข้าและออกจากระบบด้วยอัตราสม่ำเสมอ

 

  1. ระบบเปิดที่มีการไหลสม่ำเสมอมีเงื่อนไขอะไรข้าง  ตอบเป็นข้อๆ

ตอบ    มีดังนี้

  1. คุณสมบัติทุกอย่างไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา คือ ปริมาตร,  มวล,  พลังงานมีค่าคงที่ตลอดกระบวนการ
  2. คุณสมบัติที่ทางเข้าและทางออกไม่มีการเปลี่ยนแปลงตลอดกระบวนการ
  3. ความร้อนและงานที่ถ่ายเทระหว่างขอบเขตมีค่าคงที่ตลอดกระบวนการ
  4. ความแตกต่างระบบปิดและระบบเปิดคืออะไร  จงอธิบายพร้อมเขียนสมการประกอบ

ตอบ    ระบบปิดมีการถ่ายเทเฉพาะพลังงาน คือ ความร้อนและงาน ไม่มีการถ่ายเทมวล

ดังสมการ                      Q – W    =    DE

                        ส่วนระบบเปิดมีการถ่ายเทมวลผ่านขอบเขต  นอกจากนี้การถ่ายเทพลังงานในรูปของความร้อนและงานจากผลของการถ่ายเทมวลด้วย

ดังสมการ                     

 

  1. จงเขียนสมการพลังงานของระบบเปิดที่มีการไหลสม่ำเสมอ

ตอบ    

 

  1. จงเขียนสมการพลังงานของระบบเปิดที่มีการไหลสม่ำเสมอในรูปของความร้อน

ตอบ    

  1. จงใช้สมการการไหลสม่ำเสมอ  พิสูจน์ว่าความร้อนที่ใช้กับหม้อน้ำ (Boiler) มีค่าเท่ากับ        m (h2-h1)  เมื่อ h1  คือ เอนทาลปีจำเพาะที่ทางเข้า และ h2 คือ เอนทาลปีที่ทางออก

ตอบ    วิธีทำ 

                ไม่คิดพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ และไม่มีงานเข้าหรือออก

                               

                                                     = m (h2-h1)

  1. จงใช้สมการการไหลสม่ำเสมอ  พิสูจน์ว่างานของกังหัน (Turbine) มีค่าเท่ากับ H1-H2  เมื่อ H1 คือ เอนทาลปีที่ทางเข้า และ H2 คือ เอนทาลปีที่ทางออก

ตอบ    จาก  SPEE     

                ถ้าความเร็วของสารตัวกลางและความสูงของทางเข้าและทางออกของสารตัวกลาง                ใกล้เคียงกัน 

                                               

                กรณีที่ถือว่าไม่มีการสูญเสียความร้อน   

                                                                                                      =  (H2-H1)

                                                                                                      =  H1-H2

 

  1. อุปกรณ์ทรอตลิ่งคืออะไร มีจุดประสงค์เพื่ออะไร

ตอบ   เป็นวิธีการลดความดันของของไหล โดยให้ผ่านเครื่องกีดขวาง มีจุดประสงค์เพื่อลดความดันของของไหล

9. จงใช้สมการการไหลสม่ำเสมอ พิสูจน์ว่างานทีใช้ในการอัดของเครื่องอัด(Compressure)  มีค่าเท่ากับ h1- h2

    ตอบ สมมติว่าความเร็วของสารตัวกลางที่เข้าและออกจากระบบมีค่าเท่ากัน และความสูงของทางเข้าไม่ต่างกันมาก  ดังนั้น  êPE  และ êKE  จะมีค่าน้อยมาก  หรือคิดว่ามีค่าเท่ากับศูนย์  ดังนั้นสมการ SFEE เขียนได้เป็น

                                                                W12        =             Q12 - êH

                                ในกรณีที่ถือว่าไม่มีการถ่ายเทความร้อน   Q12  =  0,   จะได้

                                                                                                                W12  =   êH

                                                                                                                W12   =   Wcomp. = -(H2–H1)

                                                                                                                    =  m(h1- h2                )

                                             คิดต่อหน่วยมวล      Wcomp.           =    h1- h2 

10. จงใช้สมการการไหลสม่ำเสมอ พิสูจน์ว่าความร้อนที่ถ่ายเทที่เครื่องควบแน่น(Condensor)  มีค่าเท่ากับ

       h2- h1

จากสมการ SFEE    Q12   =   êPE + êKE + êH +W12

                                                        êPE   = 0;   êKE = 0;  W12 = 0

ดังนั้น                   Q12   = êH = - (H1 – H2) = H2 – H1

                                       คิดต่อหน่วยมวล                 =  h2 – h1

 

11. จงเขียนสมการ การคำนวณค่าความเร็วที่ทางออกของหัวฉีดไอน้ำ

                                     C2   =  

 

12. จงพิสูจน์ว่าอัตราการไหลของมวล   

      เมื่อ   =  อัตราการไหลของมวลของของไหล

                  คือ  ความหนาแน่นของของไหล

                A   คือพื้นที่หน้าตัด  และ C คือความเร็วของของไหล

ตอบ   โดยพิจารณาตำแหน่งที่มีพื้นที่หน้าตัด A และความเร็วของสารตัวกลาง C  ดังนั้นปริมาตรการไหลคือ A.C และหาอัตราการไหลของมวลได้ตามสมการต่อไปนี้

 

                          อัตราการไหลของมวล                        

                                ดังนั้น อัตราการไหลของมวล,