الدورة الديناميكية الحرارية.pdf
•
0 likes•325 views
تتكون الدورة الديناميكية الحرارية من سلسلة من العمليات الديناميكية الحرارية التي تنقل الحرارة في حين تتغير الضغوط ودرجات الحرارة ومتغيرات الحالة الأخرى ، مما يؤدي في ، Work والشغل النهاية إلى عودة النظام إلى حالته الأولية . في عملية المرور خلال هذه الدورة ، قد يقوم النظام بتنفيذ شغل . Heat Engine وبالتالي يعمل كمحرك حراري ، Surroundings على البيئة المحيطة به
Recommended
More Related Content
What's hot
What's hot (20)
Similar to الدورة الديناميكية الحرارية.pdf
Similar to الدورة الديناميكية الحرارية.pdf (20)
More from عدنان بهجت جليل
More from عدنان بهجت جليل (10)
Recently uploaded
Recently uploaded (8)
الدورة الديناميكية الحرارية.pdf
- 1. Thermodynamic cycle Eng. Adnan Bahjat Jalil koprlo1@gmail.com 2018 الحرارية الديناميكية الدورة Thermodynamic cycle إ عداد المهندس جليل بهجت عدنان
- 2. 1 الحرارية الديناميكية الدورة Thermodynamic cycle المحتويات الحرارية الديناميكية الدورة ................................ ................................ .................... 2 والشغل الحرارة ................................ ................................ ................................ . 2 الشغل ................. ................................................................................. .... . ...... 2 القدرة دورات )(الطاقة ................................ ................................ .......................... 3 الحرارية المضخة دورات ................................ ................................ ....................... 5 الحقيقية األنظمة تصميم ................................ ................................ ........................ 6 معروفة حرارية ديناميكية دورات ................................ ................................ .............. 8 مثالية دورة ................................ ................................ ................................ ...... 9 كارنوت دورة ................................ ................................ ................................ .... 9 ستيرلنغ دورة ................................ ................................ ................................ ... 10 واإلنتروبي الحالة دوال ................................ ................................ ......................... 11 المراجع ................................. ........................................................................... .. 12
- 3. Thermodynamic cycle الدورة الديناميكية الحرارية تتكون الدورة الديناميكية من الحرارية سلسلة من العمليات الحرارية الديناميكية التي تنقل الحرارة Heat والشغل Work ، في حين تتغير الضغوط ودرجات الحرارة ومتغيرات الحالة األخرى ، مما يؤدي في النهاية إلى عودة النظام إلى حالته األولية . في عملية المرور خالل هذه الدورة ، قد يقوم النظام بتنفيذ شغل على البيئة المحيطة به Surroundings ، وبالتالي يعمل كمحرك حراري Heat Engine . تعتمد الحالة كميات فقط على الحالة الديناميكية الحرارية ، ويؤدي االختالف التراكمي لمثل هذه الخصائص إلى الصفر خالل الدورة . كميات العملية ( أو كميات المسار ) ، مثل الحرارة تكون والشغل معتمدة على العملية ، والحرارة التراكمية هي والشغل غير صفرية . ينص القانون األول للديناميك ية الحرارية على أن الدخل الحراري الصافي Net Heat Input يساوي صافي الشغل ناتج Net Work Output ألي دورة . إن الطبيعة المتكررة أو الدورية لمسار العملية تسمح ب إ الدورة عمل ستمرارية ، مما يجعل الدورة مهما مفهوما في الديناميك ية الحرارية . تستخدم الدورات الديناميكية الحرارية غالبا عمليات شبه ثابتة Quasistatic Processes عمل وصياغة لنمذجة األجهزة الفعلية . : مالحظة عملية شبه ثابتة هي عملية ديناميكية حرارية تحدث ببطء بما فيه الكفاية لكي يبقى النظام في حالة توازن داخلي . مثال على ذلك هو اإل نضغاط شبه اإل ستاتيكي ، حيث يتغير حجم النظام بمعدل بطيء بما فيه الكفاية للسماح للضغط بالبقاء متجانسا وثابتا في جميع أنحاء النظام . Heat and work والشغل الحرارة فئتان هناك أساسيتان من الدورات الديناميكية الحرارية هما دورات القدرة Power Cycles و دورات مضخة الحرارة Heat Pump Cycles . دورات القدرة عبارة عن دورات تحول بعض المدخالت الحرارية Heat Input إلى مخرجات شغل ميكانيكية Mechanical Work Output ، بينما تنقل دورات المضخات الحرارية الحرارة من درجات حرارة منخفضة إلى درجات عالية ب إ ستخدام شغل ميكانيكي Mechanical Work Input . يمكن أن تعمل الدورات المتكونة بالكامل من عمليات شبه ثابتة كدورات قدرة دورات أو مضخة عن حرارية طريق التحكم في إ تجاه العملية . على المخطط البياني للحجم - الضغط أو المخطط للحرارة البياني - اإلنتروبي ، تشير إ تجاهات عقارب الساعة وعكس عقارب الساعة إلى دورات القدرة الحرارية المضخة ودورات على التوالي . Work الشغل صافي ألن أو التغيير اإل ديناميك دورة خالل الحالة خصائص في ختالف ية حلقة يشكل فإنه ، صفر هو حرارية 2
- 4. دورة أو مخطط على مغلقة الضغط – الحجم Diagram PV- المحور يعرض . Y ا ( لضغط P ) ويظهر المحور X ( الحجم V ) هي الحلقة بها تحيط التي المنطقة . الشغل ( W به تقوم الذي ) وتنجزه العملية . على مثال مخطط P-V حرارية ديناميكية لدورة هذا الشغل يساوي في التوازن ( الحرارة Q النظام إلى المنقولة ) : ( المعادلة تقوم 2 عملية بإجراء ) دورية متساوية لعملية مماثلة الحرارة Isothermal Process على : الداخلية الطاقة أن من الرغم Internal Energy تنهي عندما ، الدورية العملية مسار خالل تتغير العملية الدورية العملية بدء عند عليها كانت التي الطاقة نفس هي النظام طاقة . الدور العملية تحركت إذا ية في إ حول الساعة عقارب تجاه الدورة س ، ي كون W موجب ا محرك وتمثل ، حراري Heat Engine عكس تحركت إذا . إ تجاه فسيكون ، الساعة عقارب W سال ب مضخة ويمثل ، ا حرارية Heat Pump . دورات القدرة )(الطاقة Power cycles أساس هي الحرارية الديناميكية الطاقة دورات عمل التي ، الحرارية المحركات تجهز الكهربائية الطاقة معظم وتدير العالم في تقريبا جميع و اآللية المركبات وف الطاقة دورات تقسيم يمكن . السيارات ق المحرك لنوع ا 3
- 5. ي الذي الحراري تصميمه إلى سعى شيوعا األكثر الدورات إن . التي تمثل اإل محركات الداخلي حتراق Internal Combustion Engines أوتو دورة هي Otto Cycle التي ، تمثل البنزين محركات Gasoline Engines الديزل ودورة Diesel Cycle التي ، تمثل الديزل محركات Diesel Engines . التي الدورات وتشمل تمثل اإل محركات الخارجي حتراق External Combustion Engines دورة برايتون Brayton Cycle التي ، تمثل ال توربينات ال غازية Gas Turbines رانكين ودورة ، Rankine Cycle التي ، تمثل البخارية التوربينات Steam Turbines . المحرك مخطط الحراري للضغط الميكانيكي الشغل ، المثال سبيل على - من يتكون ، الحراري المحرك دورة في يتم الذي الحجم 4 : هي ، حرارية ديناميكية عمليات التي الحرارية الديناميكية الدورة تظهر في إ الساعة عقارب تجاه والمحددة ب حراري محرك تمثل الدورة أن األسهم الدورة تتكون . ( حاالت أربع من الضرب عالملت x عمليات وأربعة ) )(خطوط حرارية ديناميكية . 4
- 6. تغيير يحدث لم إذا ب العملية في الحجم (4 1) و 2 3) ) ( المعادلة فإن ، 3 إلى بسطت ) : الشغل . النظام قبل من يتم سالب = الشغل 0 ( إذا ، V3 = V2 . ) . النظام على يتم موجب الشغل = الشغل 0 ( إذا ، V1 = V4 . ) المضخ دورات ة الحرارية Heat pump cycles والثالجات الحرارية للمضخات نماذج هي الحرارية المضخات دورات اإل بين الفرق . المضخات أن هو ثنين لتبريد الثالجات تصميم يتم بينما دافئ مكان على الحفاظ إلى تهدف الحرارية ه شيو األكثر التبريد دورة . ع هي ا دورة إ نضغاط البخار Vapor Compression Cycle التي ، تمثل تستخدم أنظمة التبريد مواد تغير التي الطور باأل التبريد دورة . متصاص Absorption Refrigeration Cycle في التبريد مادة يمتص بديل هي بد سائل محلول ال تبخ من ي ره الغاز تبريد دورات تتضمن . Gas Refrigeration Cycles دورة برايتون المعكوسة Reversed Brayton Cycle ودورة هامبسون - ليند Hampson-Linde Cycle . التجديد Regeneration يسمح الغاز تبريد في ب تسييل الغازات Liquefaction . : مالحظة دورة هامبسون - ليند هي عملية كيميائية تستخدم من أجل فصل غازات الهواء الرئيسية وهي النتروجين واألكسجين ، واآلرغون وذلك من خالل عملية تسييل الغاز أو الهواء تستخدم و تغيرات درجة الحرارة الناتجة عن ضغط وتخفيف ضغط الغاز . أثناء العملية يتم الوصول إلى درجات حرارة منخفضة تقع في المجال ( بين 77 - 011 ) كلفن . 5
- 7. تصميم األ نظم ة الحقيقية Modelling Real Systems يمكن إ ل الحرارية الديناميكية الدورات ستخدام تصميم و األجهزة المنظومات وعاد ، الحقيقية ة عن ذلك يتم ما اإل من سلسلة وضع طريق فتراضات غال . ب اإل تبسيط يكون ما ا ضرور فتراضات ي شكل إلى المشكلة من للحد ا أكبر بدرجة فيه التحكم يمكن تصميم يمكن ، الشكل في موضح هو كما ، المثال سبيل على . أنظمة التوربين مثل كدورة النفاث المحرك أو الغازي برايتون ا يتكون . ل نظام تصميمه تم منها كل ، المراحل من سلسلة من الفعلي ا بذاتها مثالية حرارية ديناميكية كعملية Idealized Thermodynamic Process كل أن من الرغم على . على تعمل مرحلة التشغيل مائع Working Fluid عن عبارة هي نظام تصميم يتم فقد ، معقد حقيقي ها على الحقيقي سلوكها تقارب مثالية عمليات أنها العادم غازات أن هو آخر افتراض هناك . Exhaust Gases تمريرها يتم سوف متس حرارة بفقدان المدخل خالل من او ي المثالية الدورة إكمال وبالتالي ، . مثالية عملية خالل من تصميمه تم حقيقي نظام على مثال مخططات : PV و TS لدورة برايتون الفعلية بالعمليات ربطها تم الغازي التوربين لمحرك الفعلي واألداء المثالية الدورة بين الفرق يكون قد Actual Performance كبي را ، المثال سبيل على . توضح األشكال اإل التالية ناتج في ختالفات الشغل المتوقع من دورة ست ي رل نغ Stirling الفعلي واألداء المثالية لمحرك ست ي رل نغ Stirling Engine : ، والمثالية الفعلية ي الشغل في الفرق ظهر الناتج work output 6
- 8. ست دورة ي رل نغ المثالية الفعلي األداء أن بما الناتج الشغل من تمثيله يتم قبل بين كبير فرق فهناك ، للدورة الداخلي الجزء الناتج الشغل للدورة المتوقع المثالية والشغ ل الناتج الفعلي الذي يظهر ه الحقيقي المحرك ي قد . أيض الحظ ا العمليات أن المنفردة الحقيقية المثالية نظيراتها عن تتباعد التوسع يحدث ، المثال سبيل على . ثابت حجم تحت Isochoric Expansion (العملية 1 - 2 الحجم في الفعلي التغيير بعض مع ) . : مالحظة ( الحجم متساوية عملية isochoric ) ثابت حجم تحت تتم التي العمليات وهي : dV = 0 . 7
- 9. دورات ديناميكية حرارية معروفة Well-known thermodynamic cycles عمليا ، عادة ما تكون الدورات الحرارية الديناميكية المثالية البسيطة مصنوعة من أربعة عمليات ديناميك ية حرارية . يمكن إ ستخدام أي عمليات ديناميك ية حرارية . ومع ذلك ، عند تصميم الدورات المثالية ، يتم في الغالب إ ستخدام العمليات التي يتم فيها الحفاظ على ث حالة بات متغير ة واحد ة ، مثل عملية متساوية الحرارة Isothermal Process ( درجة حرارة ثابتة dT = 0 ) ، عملية الضغط متساوية Isobaric ( ضغط ثابت dP = 0 ) ، عملية الحجم متساوية Isochoric ( حجم ثابت dV = 0 ) ، عملية اإل متساوية نتروبية ( إ نتروبي ثابت dS=0 ) وهي عملية حرارية مثالية تتم بدون فقدان حرارة ومادة بين النظام والمحيط أي ال أحتكاك في العملية ، أو عملية اإل متساوية نثالبية Isenthalpic ( محتوى حراري الثابت dH = 0 ) . في كثير من األحيان يتم إ ستخدام عمليات ثابتة الحرارة ) كظومة ( Adiabatic Processes ، حيث ال يتم خالل العملية أي تبادل للحرارة بين النظام والوسط المحيط ( Q = 0 . ) يلي ما في بعض األمثلة على ال دورات الديناميك ية الحرارية وعملياتها األساسية : 8 Cycle Process 1-2 Process 2-3 Process 3-4 Process 4-1 Notes (Compression) (Heat Addition) (Expansion) (Heat Rejection) Power cycles normally with external combustion - or heat pump cycles: Bell Coleman adiabatic isobaric adiabatic isobaric A reversed Brayton cycle Brayton adiabatic isobaric adiabatic isobaric Jet engines aka first Ericsson cycle from 1833 Carnot isentropic isothermal isentropic isothermal Ericsson isothermal isobaric isothermal isobaric the second Ericsson cycle from 1853 Scuderi adiabatic variable adiabatic isochoric pressure and volume Stirling isothermal isochoric isothermal isochoric Stoddard adiabatic isobaric adiabatic isobaric Power cycles normally with internal combustion: Diesel adiabatic isobaric adiabatic isochoric Lenoir isobaric isochoric adiabatic isobaric Pulse jets (Note: 3 of the 4 processes are different) Otto adiabatic isochoric adiabatic isochoric Gasoline / petrol engines Rankine adiabatic isobaric adiabatic isobaric Steam engine
- 10. دورة مثالية Ideal Cycle يتم إنشاء ال دورة ال مثالية من : 1 - ا وأسفل أعلى لحلقة ) الدورة ( : زوج من عمليات ضغط متساوية متوازية . 2 - يسار ويمين ا لحلقة ) الدورة ( : زوج من عمليات حجم متساوية م ت وازية . توضيح لمحرك حرار ي ب دورة مثالي ة ( األ سهم في اتجاه عقارب الساعة ) دورة كارنوت Carnot Cycle دورة كانوت هي دورة تتكون كليا من العمليات القابلة لإل نعكاس Reversible Processes عملي وهي ا ت إنضغاط وتمدد اإلنتروبية متساوي Isentropic Compression and Expansion وعملي ات إضافة حرارة وطرح بثبات الحرارة درجة Isothermal Heat addition and Rejection . تعتمد الكفاءة الحرارية Thermal Efficiency لدورة كارنوت فقط على درجات الحرارة المطلقة Absolute Temperatures للمستودعين اللذين يتم فيهما نقل الحرارة ، وبالنسبة لدورة القدرة الكفاءة تكون : أن حيث درجة هي ال حرارة األ قل في ال و دورة هي األ على . 9
- 11. لدورات بالنسبة للطاقة كارنوت األداء معامل فإن ، Coefficient of Performance ل الحرار لمضخة ية Heat Pump هو : وبالنسبة ل لثالجة refrigerator هو األداء معامل فإن ، : للدينامي الثاني القانون يحد كية الحرارية Second Law of thermodynamics كفاءة من Efficiency األداء ومعامل الدورية األجهزة لجميع ) الدورة بنظام تعمل ( Cyclic devices كفاءة مستويات عند كارنوت منها أقل أو ستيرلنغ دورة . إريكسون ودورة Stirling Cycle and Ericsson Cycle دورتان هما لإل قابلتان التجديد تستخدمان نعكاس التوليد إعادة أو Regeneration متساوي حراري نقل على للحصول درجة الحرارة . ستيرلنغ دورة Stirling Cycle تشبه دورة ستيرلنغ أوتو دورة Otto Cycle أن عدا فيما ، الكظومة العمليات ) الحرارة ثابتة ( Adiabatic Processes يتم إ ستبدالها الحرارة درجة متساوية بعمليات Isothermal Processes . دورة نفس أنها كما إريكسون مع إ العمليات ستبدال الضغط متساوية Isobaric Processes ب عمليات الثابت الحجم Constant Volume Processes . 1 - أعلى و أسفل ا لحلقة ) الدورة ( : متساوية عمليات من زوج الحرارة درجة متوازية شبه . 2 - و أيسر أيمن ا لحلقة ) الدورة ( : عمليات من زوج متوازية حجم متساوية . الحرارة تتدفق Q إلى الدورة من متساوي أعلى خالل درجة الحرارة الحجم متساوي وأيسر بعض وتتدفق ، الحرارة هذه خالل من أسفل وأ الحرارة درجة متساوي يمن الحجم متساوي معظم ولكن ، ال تدفق ل يكون لحرارة متساوي زوج خالل من درجة الحرارة كل ألن منطقي أمر هذا . الشغل زوج بواسطة يتم الدورة به تقوم الذي المتساوية العمليات الحرارة درجة في Isothermal Processes بواسطة وصفها تم والتي ، Q = W . أن إلى يشير هذا كل الصافية الحرارة Net Heat خالل من تأتي الحرارة درجة متساوي أعلى ، الواقع في . خالل من تأتي التي الحرارة كل الحجم متساوي أيسر ، خالل من يخرج الحجم متساوي أيمن ألن : أعلى الحرارة درجة متساوي نفس في يكون كله درجة ال حرارة األسخن و الحرارة درجة متساوي أسفل كله يكون في نفس درجة ال حرارة األبرد و ، ألن ال ل الطاقة في تغير ثابت حجم درجة في التغير مع يتناسب ، الحرارة لذلك إلغاء يتم كل خالل من القادمة الحرارة الحجم متساوي أيسر تماما بواسطة الحرارة الخارجة من الحجم متساوي أيمن . 10
- 12. واإلنتروبي الحالة دوال State functions and entropy كانت إذا Z توازن فسيظل ، حالة دالة عن عبارة Z العملية أثناء تغيير دون الدورية Cyclic Process : اإل نتروبي ة هي حالة دالة أنها على تعريفها ويتم : : اإلنتروبية في التغير يكون لذلك لذلك عملية ألي بالنسبة أنه الواضح من دورية : تغير صافي أن يعني مما اإل نتروبي ة عبر ال دورة = صفر 11
- 13. المراجع References 1- Cengel, Yunus A.; Boles, Michael A. (2002). Thermodynamics: an engineering approach. Boston: McGraw-Hill. pp. 14. ISBN 0-07-238332-1. 2- Cengel, Yunus A.; Boles, Michael A. (2002). Thermodynamics: an engineering approach. Boston: McGraw-Hill. pp. 452. ISBN 0-07-238332-1. 3- Wikipedia- the free encyclopedia الحرة الموسوعة ، ويكيبيديا 4- Dictionary of Engineering – Second Edition - McGraw-Hill . 5 - معجم المصطلحات العلمية والفنية والهندسية - أحمد شفيق الخطيب – 2005 . 12