งานนำเสนอกำลังจะดาวน์โหลด โปรดรอ

งานนำเสนอกำลังจะดาวน์โหลด โปรดรอ

รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 1 Review of Basic Principle of Thermodynamics 1 1. Properties of Pure Substances 2. Heat and Work 3. 1 st Law for Closed Systems.

งานนำเสนอที่คล้ายกัน


งานนำเสนอเรื่อง: "รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 1 Review of Basic Principle of Thermodynamics 1 1. Properties of Pure Substances 2. Heat and Work 3. 1 st Law for Closed Systems."— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 1 Review of Basic Principle of Thermodynamics 1 1. Properties of Pure Substances 2. Heat and Work 3. 1 st Law for Closed Systems 4. 1 st Law for Control Volumes 5. 2 nd Law of Thermodynamics 6. Entropy Faculty of Engineering Khon Kaen University Assoc.Prof.Sommai Priprem, PhD. Faculty of Engineering Khon Kaen University

2 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 2 Sommai Priprem T P1P1 v P 2 >P 1 Critical Point TcTcTcTc Superheated Vapour Region Saturated Liquid-Vapour Region Compressed Liquid Region Saturated Liquid Line Saturated Vapour Line T-v diagram of a pure substance

3 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 3 P T1T1 v T 2 >T 1 Critical Point Superheated Vapour Region Saturated Liquid-Vapour Region Compressed Liquid Region Saturated Liquid Line Saturated Vapour Line P-v diagram of a pure substance

4 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 4 Thermodynamics Table Properties Relationship are too COMPLEX Not simple EQUATIONS can be represented Therefore, TABLEs are more convenion Each substance; more than one table, Each table for each REGION ie.;  Compressed Liquid  Saturated Liquid and Saturated Vapour (2 = T table & P table)  Superheated Vapour No table for Mixture  Calculate using Saturated Table + x

5 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 5 T v Critical Constants Table Saturated Table Saturated Liquid Line Saturated Vapour Line Superheated Vapor Table Compressed Liquid Table Sommai Priprem

6 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 6 Saturated Liquid-Vapor Mixture P or T v Critical Point Superheated Vapour Region Saturated Liquid-Vapour Region Compressed Liquid Region Saturated Liquid Line Saturated Vapour Line mass Piston Liquid Vapou r During vaporization (or Condenzation) process a substance exist both saturated Liquid and saturated Vapor. To analyze the mixture we need to know the QUALITY, x x = m vapor m total Note 0.0 < x < 1.0 v avg = v f + xv fg u avg = u f + xu fg h avg = h f + xh fg s avg = s f + xs fg

7 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 7 Compressed Liquid or Subcooled Liquid P or T v Critical Point Superheated Vapor Region Saturated Liquid-Vapour Region Compressed Liquid Region Saturated Liquid Line Saturated Vapour Line Data for compressed liquid is limited. In absence of Table, a property, y (i.e. v,u,s), can be approximate as y = y T sat except: h = h +v f (P-P sat ) When saturated liquid is subjected to higher pressure it will not Saturated any more but will becomes Compressed Liquid On the other hand if saturated liquid is cooled it cannot stays Saturated but will becomes Subcooled Liquid

8 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 8 T v Critical Constants Table Saturated Table Saturated Liquid Line Saturated Vapour Line Superheated Vapor Table Compressed Liquid Table IdealGas

9 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 9 Ideal Gas Pv =RT ideal gas equation of state R = R u /M kJ/kg-K R u = Universal gas constant = kJ/kmol-K = Btu/lbmol-R = 1545 ft-lbf/lbmol-R M = Molecular weight of the gas, kg/kMol m = nM n = number of mole of the gas

10 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 10 Pv =RT … (1) (2) V=mv  PV = mRT (2) m=nM, R = R u /M  PV=(nM)(R u /M)T PV= nR u T (3) For a fixed mass; Eq (2) P 1 V 1 = mRT 1 and P 2 V 2 = mRT 2 P 1 V 1 /T 1 = P 2 V 2 /T 2

11 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 11 Generalized Compressibility Chart Z = Pv/RT Pr = P/Pcr

12 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 12 Z = Pv/RT P r = P/Pcr = reduced pressure T r = T/T cr = reduced temperature Conclusion from the chart at low P; Pr << 1 ; good to assume ideal gas regardless of T at high T; Tr > 2 ; good to assume ideal gas (except when Pr >> 1) Near Critcal Point ; Greatest deviation from ideal gas behavior Compressibility Factor, Z – A measure of Deviation from Ideal-Gas Behavior

13 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 13 Moving Boundary Work v P v1v1 v2v2 P 1 2 Process path dv P

14 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 14 B Work is a PATH function v P v1v1 v2v2 1 2 C A P Amount of work involved depends not only on the initial and final state of the working fluid but also on the PROCESS as well. In this example, the beginning and final states are the same but W A >W B >W C

15 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 15 Specific Heat is defined as “the energy required to raise the temperature of a unit mass of a substance by one degree.” For fluids there are two different specific heat: Specific heat at constant volume, Specific heat at constant pressure,

16 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 16 Internal Energy, Enthalpy, and Specific Heat of Ideal Gases v;du = C v dT p;dh = C p dT

17 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 17 To determine Δu and Δh of Ideal Gases 3- Ways Δu = u 2 – u 1 (Table) Δu = C v,av ΔT Δh  similar ways

18 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 18 Boundary Work; w =∫ Pdv (1) 1 st Law general ΣE in - ΣE out = ΔE (2) Closed System; Q – W = ΔU + ΔKE + ΔPE (3) Enthalpy (defined) h = u + Pv (4) Specific Heat: du = C v dT (5) dh = C p dT (6) for Ideal gases: Cp = Cv + R (7) k = C p /C v (8) Conclusion of Importance Equations of Chapter 3

19 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 19 State 1 Begining E 1 + ΣE in = E 2 + ΣE out ΣE in - ΣE out = E 2 - E 1 = ΔE The First Law of Thermodynamics : The Principle of Energy Conservation Between State 2 Final 1 unit of Energy

20 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 20 1 st Law Equations (General) +W Control Volume m1m1 m2m2 +Q Q + ∑E flow-in = W + ∑E flow-out +(E 2 -E 1 ) i e Subscripts:i = at inlet, e = at exit 1 = at time start, 2 = at time end

21 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 21 Total Energy of Fluid for non-flow  mass inside control volume (cv)  e nonflow = u + ke + pe kJ/kg  E nonflow = m(u + ½ V 2 + zg) J for flowing fluid  mass flowing in/out of cv.  e flow = e nonflow + flow work  e flow = u + Pv + ke + pe  defined: h = u + Pv  e flow = h + ke + pe kJ/kg  E flow = m(h + ½ V 2 + zg) J

22 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 22 Sign Convention of HEAT and WORK Heat Engine System Model Add heat to system, Qin System gives WORK, Wout +Q +W

23 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 23 1 st Law Equations for cycles Q + ∑E flow-in = W + ∑E flow-out +(E 2 -E 1 ) +W Control Volume m1m1 m2m2 +Q i e Q net = W net

24 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 24 1 st Law Equations for Closed Systems Q + ∑E flow-in = W + ∑E flow-out +(E 2 -E 1 ) +W Control Volume m1m1 m2m2 +Q i e Q 1-2 = W (U 2 – U 1 ) +∆KE + ∆PE

25 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 25 1 st Law Equations for SSSF Systems Q + ∑E flow-in = W + ∑E flow-out +(E 2 -E 1 ) +W Control Volume m1m1 m2m2 +Q i e 0

26 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 26 SSSF 1-inlet and 1-exit +W Control Surface +Q Control Volume i e

27 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 27 Chapter 5 2 nd Law of Thermodynamics Assoc.Prof.Sommai Priprem, PhD. Department of Mechanical Engineering Khon Kaen University

28 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 28 Summary Processes occur in a certain direction, not in any direction. A process will not occur unless it satisfy both 1 st and 2 nd law. Importance Definitions:  Thermal Reservoir; Source, Sink  Thermal Efficiency and Heat Engine  Coefficient of Performance and Heat Pump  Reversible Process and Irreversible Process  Carnot cycle and Carnot Principles

29 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 29 Thermal Efficiency Performance = desired output (5.1) required input Heat engine: Thermal efficiency=net work output (5.2) total heat input  th =W net (5.3) Q in  th =1- Q L (5.4) Q H Q L and Q H are magnitude (amount) of heat, their direction are already accounted for in the equation. Heat Engine Source, T H Sink, T L W net QHQH QLQL

30 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 30 The Second Law of Thermodynamics: Kelvin-Planck Statement It is impossible for any device that operates on a cycle to receive heat from a single reservoir and produce a net amount of work Heat Engine Source, T H W net QHQH Q L = 0 Heat Engine Source, T H Sink, T L W net QHQH QLQL Impossible Possible meaning: Q L > 0 from  th = W net = 1- Q L Q H Q H No heat engine can have a thermal efficiency of 100 %

31 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 31 Heat Pump W The Second Law of Thermodynamics: Clausuis Statement It is impossible to construct a device that operates in a cycle and produces no effect other than the transfer of heat from a lower-temperature body to a higher- temperature body. Impossible Possible meaning: W > 0 from COP = Q W No heat pump can have a COP of  High-Temp. Body, T H Low-Temp. Body, T L QHQH QLQL High-Temp. Body, T H Low-Temp. Body, T L Q

32 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 32 The Carnot Principles 1. The efficiency of an irreversible heat engine is always less than the efficiency of a reversible one operating between the same two reservoirs. 2. The efficiency of all reversible heat engines operating between the same two reservoirs are the same. 1 Irrev. HE High-temp. reservoir, T H Low-temp. reservoir, T L 2 rev. HE 3 rev. HE  th,1 <  th,2  th,2 =  th,3

33 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 33 The Carnot Efficiency Heat Engine:  th = 1- Q L   th,rev = 1 - T L (5.9) Q H T H Refrigerator COP R = 1  COP R,rev = 1 (5.10) Q H /Q L – 1 T H /T L – 1 Heat Pump COP HP = 1  COP HP,rev = 1 (5.11) 1 – Q L /Q H 1 - T L /T H Heat Engine Source, T H Sink, T L W net QHQH QLQL Reversible Cycle Q H /Q L = T H /T L (5.7)

34 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 34 Chapter 6 ENTROPY

35 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 35 Inequality of CLAUSIUS Heat Engine Source, T H Sink, T L W rev QHQH QLQL

36 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 36 ENTROPY: A Property of a System C B A 1 2 Consider Two Reversible Cycles A-B and A-C

37 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 37 Two Important Thermodynamics Relations Consider a internally reversible CLOSED system; 1 st Law δQ = dU + δW TdS = dU +PdV T ds= du + Pdv (6.4) but h = u + Pv  dh = du + d(Pv) dh = du + Pdv + vdP substitute in (6.4) Tds= dh – vdP (6.5)

38 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 38 Principle of Increase of Entropy Surroundings, temperature = T 0 System, temperature = T WW QQ

39 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 39 Entropy Change of a Solid or Liquid Solid & Liquid  Specific Heat = Constant ΔV very small  Δh~Δu ~ q ds = (  Q/T) rev  du/T  CdT/T s 2 -s 1  C ln(T 2 /T 1 )

40 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 40 Entropy Change of an Ideal Gas

41 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 41 Isentropic Process of Ideal Gases

42 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 42 Reversible Polytropic Process of Ideal Gases

43 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 43 Second Law Efficiency

44 รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 44 END


ดาวน์โหลด ppt รศ. ดร. สมหมาย ปรีเปรม 1 Review of Basic Principle of Thermodynamics 1 1. Properties of Pure Substances 2. Heat and Work 3. 1 st Law for Closed Systems.

งานนำเสนอที่คล้ายกัน


Ads by Google