آلة كظومة

آلة كظومة في الهندسة الميكانيكية والكيمياء (بالإنجليزية: Adiabatic Machine)

مخطط درجة الحرارة والانتروبي: تغير غير عكوسي في حالة البخار الخارج من التوربين (يسار) ، وضغط البخار الداخل (يمين ) . Tu هي درجة حرارة الغرفة .

هي آلة لا تسخن ولا تبرد ، أي لا يحدث فيها تبادل حراري ولذلك يوصف مبدأ عملها ب عملية كظومة . ولكنها ليست عملية متساوية الاعتلاج وإنما تستغل تغير الإنتروبي للتحريك . مثل تلك الآلة التوربين الذي يدور بالبخار ويؤدي شغلا ميكانيكيا. يدخله بخار مضغوط ويحتك بريش التوربين ويخرج البخار من المخرج متمددا مما يزيد إنتروبيا الغاز ، ويحدث ذلك بدون تبادل حراري بين النظام والوسط المحيط ، أي أن Q = 0 ولذلك تسمى الآلة «ألة كظومة» . ويوضح الرسم البياني تغير الحالة للآلة عن طريق مخطط درجة الحرارة والإنتروبي ، حيث تعطي المنحنيات تغير الإنتروبي S كدالة لدرجة الحرارة T. وهي كما نرى لا تختلف عن مخطط الإنثابي H والإنتروبي S .

كفاءة الآلة

نقوم بتطبيق القانون الأول للديناميكا الحرارية على النظام المفتوح:

\dot{Q} + \dot{W_{t}} = {\dot{H}}_{2} - {\dot{H}}_{1} + \dot{m} \cdot g \cdot (z_{2} - z_{1}) + \frac{\dot{m}}{2} \cdot (c_{2}^{2} - c_{1}^{2})

وبقسمة المعادلة على كتلة الغاز الداخل مع اهمال الطاقة الخارجية $\dot{m} \cdot g \cdot (z_{2} - z_{1}) + \frac{\dot{m}}{2} \cdot (c_{2}^{2} - c_{1}^{2})$ واعتبار التغير في كمية الحرارة $d Q = 0$ نحصل على معادلة الشغل :

w_{t} = h_{2} - h_{1}

وكما نرى نجد أن الشغل الميكانيكي يساوي فرق الإنثالبي ( وهو طبقا للتعريف الترموديناميكي يكون سالبا الإشارة ، حيث أنه الشغل الذي تؤديه الآلة) . وبذلك نحسب كفاءة التوربين:

η_{g T} = \frac{h_{1} - h_{2}}{h_{1} - h_{2 i s}}

وكفاءة الضاغط:

η_{g V} = \frac{h_{2 i s} - h_{1}}{h_{2} - h_{1}}

الشغل الناتج والطاقة المفقودة

طبقا ل القانون الثاني للديناميكا الحرارية تنطبق المعادلة :

T d s = δ q + δ w_{d i s s}

وحيث أنه لا يوجد تبادل حراري فتكون ( $δ q = 0$ ),

ونستنتج من تلك المعادلة أن المساحة المحصورة في مخطط درجة الحرارة والإنتروبي (أحمر) تمثل الشغل الناتنج .

والطاقة المفقودة ولم تتحول إلى شغل ميكانيكي ، تبلغ:

e x_{v e r l} = T_{U} \cdot Δ s_{i r r}

وهي ممثلة في المخطط بالمساحة المحصورة أسفل درجة حرارة الغرفة Tu .

انظر أيضا