Температура застоя

В термодинамике и механике жидкости температура застоя — это температура в точке застоя в потоке жидкости. В критической точке скорость жидкости равна нулю, и вся кинетическая энергия преобразуется во внутреннюю энергию и добавляется к локальной статической энтальпии . Как в потоке сжимаемой , так и в несжимаемой жидкости температура торможения равна общей температуре во всех точках линии тока, ведущей к точке торможения. ^[1] См. Газодинамика .

Вывод

Адиабатический

Температуру застоя можно определить на основании Первого закона термодинамики . Применяя уравнение энергии установившегося потока ^[2] и игнорируя условия работы, тепла и гравитационной потенциальной энергии, мы имеем:

${\displaystyle h_{0}=h+{\frac {V^{2}}{2}}\,}$

где:

${\displaystyle h_{0}=\,}$массовая энтальпия застоя (или полная) в критической точке

${\displaystyle h=\,}$удельная статическая энтальпия в интересующей точке вдоль линии тока застоя

${\displaystyle V=\,}$скорость в интересующей точке вдоль застойной линии тока

Подставив энтальпию, приняв постоянную удельную теплоемкость при постоянном давлении ( ), получим: ${\displaystyle h=C_{p}T}$

${\displaystyle T_{0}=T+{\frac {V^{2}}{2C_{p}}}\,}$

или

${\displaystyle {\frac {T_{0}}{T}}=1+{\frac {\gamma -1}{2}}M^{2}\,}$

где:

${\displaystyle C_{p}=\,}$ удельная теплоемкость при постоянном давлении

${\displaystyle T_{0}=\,}$температура застоя (или общая) в застойной точке

${\displaystyle T=\,}$температура (или статическая температура) в интересующей точке вдоль критической линии тока

${\displaystyle V=\,}$скорость в интересующей точке вдоль застойной линии тока

${\displaystyle M=\,}$Число Маха в интересующей точке вдоль критической линии тока

${\displaystyle \gamma =\,}$ Коэффициент удельных теплоемкостей ( ), ~1,4 для воздуха при ~300 К ${\displaystyle C_{p}/C_{v}}$

Поток с подводом тепла

${\displaystyle h_{02}=h_{01}+q}$

${\displaystyle T_{02}=T_{01}+{\frac {q}{C_{p}}}}$

q = количество тепла на единицу массы, добавленное в систему

Строго говоря, энтальпия является функцией как температуры, так и плотности. Однако, используя общее предположение о калорически совершенном газе, энтальпию можно преобразовать непосредственно в температуру, как указано выше, что позволяет определить температуру торможения с точки зрения более фундаментального свойства - энтальпии торможения.

Свойства торможения (например, температура торможения, давление торможения) полезны при расчетах производительности реактивного двигателя . В работе двигателя температуру застоя часто называют полной температурой воздуха . Для измерения температуры застоя часто используют биметаллическую термопару, но при этом необходимо учитывать тепловое излучение.

Солнечные тепловые коллекторы

При тестировании производительности солнечных тепловых коллекторов используется термин « температура застоя» для обозначения максимально достижимой температуры коллектора при застойной жидкости (без движения), температуре окружающей среды 30°C и падающем солнечном излучении 1000 Вт/м ² . Вышеупомянутые цифры представляют собой «значения для сценария наихудшего случая», которые позволяют разработчикам коллекторов планировать потенциальные сценарии перегрева в случае неисправности системы коллектора. ^[3]

Смотрите также

• Точка застоя
• Стагнационное давление
• Общая температура воздуха

Рекомендации

1. Ван Вилен и Зоннтаг, Основы классической термодинамики , раздел 14.1
2. Ван Вилен и Зоннтаг, Основы классической термодинамики , уравнение 5.50
3. Планирование и установка солнечных тепловых систем: Руководство для монтажников, архитекторов и инженеров. Немецкое общество солнечной энергии (DGS). 2005. ISBN 978-1844071258.

Библиография

• Ван Вайлен, Дж.Дж., и Зоннтаг, Р.Э. (1965), Основы классической термодинамики , John Wiley & Sons, Inc., Нью-Йорк.