القانون الأول للديناميكا الحرارية (نظام مفتوح، تدفق ثابت) Calculator

Formula first

Overview

ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية للأنظمة المفتوحة، والمعروف أيضًا بمعادلة طاقة التدفق الثابت، على مبدأ أساسي مفاده أن الطاقة محفوظة. بالنسبة لنظام التدفق الثابت، يجب أن تساوي معدل الطاقة الداخلة إلى النظام معدل الطاقة الخارجة من النظام بالإضافة إلى معدل تراكم الطاقة داخل النظام (وهو صفر للحالة المستقرة). تأخذ هذه المعادلة في الاعتبار انتقال الحرارة، وانتقال الشغل، والطاقة التي تحملها تدفق الكتلة، بما في ذلك مكونات الإنثالبي والطاقة الحركية والجهدية. لأغراض هذا الحاسب، يتم افتراض مدخل واحد ومخرج واحد.

Symbols

Variables

$\dot{Q}$ = Heat Transfer Rate, $\dot{W}$ = Work Transfer Rate, $\dot{m}$ = Mass Flow Rate, $h_{in}$ = Specific Enthalpy (Inlet), $h_{out}$ = Specific Enthalpy (Outlet)

Apply it well

When To Use

When to use: طبق هذه المعادلة لتحليل الأجهزة مثل التوربينات، والضواغط، والفوهات، والموزعات، والمبادلات الحرارية، والمضخات حيث تتدفق الكتلة داخل وخارج حجم التحكم. إنها ضرورية لحساب معدلات انتقال الطاقة، وتحديد خصائص الموائع غير المعروفة عند المداخل أو المخارج، أو تحديد حجم المكونات في محطات الطاقة ودورات التبريد. تأكد من أن النظام في حالة مستقرة وحدد جميع تفاعلات الطاقة.

Why it matters: هذا القانون هو حجر الزاوية في تصميم وتحليل الأنظمة الحرارية في الهندسة. يمكّن المهندسين من التنبؤ بالأداء، وتحسين الكفاءة، واستكشاف المشكلات المتعلقة بالطاقة في مجموعة واسعة من التطبيقات، من توليد الطاقة إلى أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والعمليات الكيميائية. إتقانه ضروري لتطوير حلول طاقة مستدامة وفعالة.

Avoid these traps

Common Mistakes

• تطبيق اتفاقيات الإشارة للحرارة والشغل بشكل غير صحيح.
• نسيان تضمين جميع أشكال الطاقة (الإنثالبي، الحركية، الجهدية) أو افتراض أنها ضئيلة عندما لا تكون كذلك.
• خلط الوحدات (مثل، استخدام kJ للإنثالبي و J للطاقة الحركية دون تحويل).
• تطبيق المعادلة على أنظمة التدفق غير المستقر دون تعديل.

One free problem

Practice Problem

يعمل توربين بخاري في ظروف التدفق الثابت. يدخل البخار بإنثالبي يبلغ 2800 كيلوجول/كجم وسرعة 50 م/ث عند ارتفاع 10 م. يخرج بإنثالبي يبلغ 2600 كيلوجول/كجم وسرعة 150 م/ث عند ارتفاع 5 م. معدل تدفق الكتلة هو 2 كجم/ث، وينتج التوربين 50 كيلوواط من الشغل. احسب معدل انتقال الحرارة إلى أو من التوربين.

Hint: تذكر تحويل مصطلحات الطاقة الحركية والجهدية إلى كيلوجول/كجم بقسمتها على 1000.

The full worked solution stays in the interactive walkthrough.

Keep going

Related Formulas

References

Sources

1. Fundamentals of Heat and Mass Transfer by Incropera, DeWitt, Bergman, Lavine, 7th Edition
2. Thermodynamics: An Engineering Approach by Yunus A. Cengel and Michael A. Boles, 8th Edition
3. Transport Phenomena by R. Byron Bird, Warren E. Stewart, and Edwin N. Lightfoot, 2nd Edition
4. Wikipedia: First law of thermodynamics
5. Moran & Shapiro, Fundamentals of Engineering Thermodynamics
6. Cengel & Boles, Thermodynamics: An Engineering Approach
7. NIST CODATA
8. Cengel and Boles Thermodynamics: An Engineering Approach