Температура застоя - Stagnation temperature

В термодинамики и механики жидкости , температура торможения является температура в точке торможения в потоке текучей среды. В точке застоя скорость жидкости равна нулю, и вся кинетическая энергия была преобразована во внутреннюю энергию и добавлена ​​к локальной статической энтальпии . И в потоке сжимаемой, и в несжимаемой жидкости температура торможения равна общей температуре во всех точках линии тока, ведущих к точке торможения. Смотрите газовую динамику .

Вывод

Адиабатический

Температура застоя может быть получена из Первого закона термодинамики . Применяя уравнение энергии устойчивого потока и игнорируя термины работы, тепла и потенциальной энергии гравитации, мы имеем:

где:

застойная (или полная) энтальпия в застойной точке
статическая энтальпия в интересующей точке вдоль линии тока торможения
скорость в интересующей точке вдоль линии тока торможения

Подставляя энтальпию, принимая постоянную удельную теплоемкость при постоянном давлении ( ), получаем:

или

где:

удельная теплоемкость при постоянном давлении
застойная (или общая) температура в точке застоя
температура (или статическая температура) в интересующей точке вдоль линии тока торможения
скорость в интересующей точке вдоль линии тока торможения
Число Маха в интересующей точке вдоль линии тока торможения
Отношение теплоемкостей ( ), ~ 1,4 для воздуха при ~ 300 К

Поток с добавлением тепла

q = количество тепла на единицу массы, добавляемого в систему

Строго говоря, энтальпия зависит как от температуры, так и от плотности. Однако, используя общее предположение о калорийности идеального газа, энтальпия может быть преобразована непосредственно в температуру, как указано выше, что позволяет определить температуру торможения с точки зрения более фундаментального свойства - энтальпии застоя.

Свойства застоя (например, температура застоя, давление застоя) полезны при расчетах характеристик реактивного двигателя . При работе двигателя застойную температуру часто называют общей температурой воздуха . Для измерения температуры торможения часто используют биметаллическую термопару, но необходимо делать поправку на тепловое излучение.

Солнечные тепловые коллекторы

При тестировании производительности солнечных тепловых коллекторов используется термин « температура застоя» для обозначения максимально достижимой температуры коллектора при застойной жидкости (отсутствие движения), температуре окружающей среды 30 ° C и падающей солнечной радиации 1000 Вт / м 2 . Вышеупомянутые цифры являются «значениями сценария наихудшего случая», которые позволяют проектировщикам коллектора планировать возможные сценарии перегрева в случае неисправности системы коллектора.

Смотрите также

Ссылки

Библиография

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